Ondas elétromagnéticas e suas aplicações
Amanda Ganzaroli – 01�Anna Alice – 02�Catharina Amodeo – 04�Maria Eduarda Eloys - 13�Maria Luiza - 14
O que são as ondas?
As ondas eletromagnéticas são aquelas capazes de se propagar no vácuo e
formadas pela combinação dos campos elétrico e magnético. Sendo uma perturbação num meio que transporta energia e não transporta matéria. Graças a esse tipo de onda as pessoas podem ver TV, acessar a internet, ouvir música e esquentar a comida no micro-ondas.
Existem sete tipos de ondas eletromagnéticas. Elas são classificas de acordo
com a frequência, oscilação e comprimento da onda. O primeiro a demonstrar que o campo magnético é resultado da oscilação de uma carga elétrica foi o físico escocês James C. Maxwell.
A história por trás da descoberta
James Clerk Maxwell (831-1879 ) foi o cientista que trouxe ao homem à magnitude de abrangência deste tipo de onda,desde jovem estava decido a colocar as ideias de Faraday e seus antecessores em uma formulação matemática. Nesse esforço acabou propondo, sem nenhuma evidência experimental prévia, que a lei de Faraday, que qualitativamente diz “um campo magnético variável no tempo gera um campo elétrico”, seria complementada por uma lei análoga que diz “um campo elétrico variável no tempo gera um campo magnético”.
Em termos sintéticos, a contribuição de Maxwell para a lei de Ampère expressa o fato que um campo elétrico variável no tempo gera um campo magnético e a lei de Faraday expressa o fato que um campo magnético variável no tempo gera um campo elétrico. Em termos mais rigorosos, as equações clássicas de Maxwell, que governam o campo eletromagnético, aplicadas a uma região do espaço em que não existem cargas elétricas livres nem correntes elétricas, admitem uma solução ondulatória, com o campo elétrico E e o campo magnético B variando harmonicamente, uma perpendicular ao outro e, ambos, perpendiculares à direção de propagação, definida pelo vetor c, que representa a velocidade da onda.
Tipos de onda:
• Ondas de rádio: são aquelas que ficam na extremidade do espectro
eletromagnético. São ondas baixas, no entanto compridas. Produzidas pela
aceleração de elétrons em uma antena de emissão, sua frequência vai até 108
Hertz (Hz).
• Raios ultravioletas: tem comprimento menor que a luz visível e maior que os
Raios X. Sua frequência fica entre 10¹6 Hz e 10¹8 Hz e são emitidos por
átomos excitados. O contato direto com essa onda pode prejudicar os olhos e
causar câncer de pele.
Tipos de onda:
• Infravermelho: são as ondas que ficam próximas a luz visível. A radiação
infravermelha, contudo não pode ser vista a olho nu. São emitidas pelos
átomos de corpo aquecido e tem frequência entre 10¹¹ Hz até 10¹4 Hz.
• Luz visível: é a luz visível aos olhos humanos. Ela fica localizada no centro
do espectro eletromagnético e sua frequência fica entre 4,6 . 10¹4 Hz e 6,7 .
10¹4 Hz. As frequências menores dão origem a luz vermelha, já as mais altas
apresentam-se como violeta.
Tipos de onda:
• Raios X: os Raios X têm comprimento menor que os ultravioletas e maiores
que os raios gama. Descoberto pelo físico alemão Wilhelm Conrad Röntgen,
são produzidos por meio do choque de elétrons em alta velocidade em um
material metálico. Sua frequência está entre 10¹8 hertz e 10²º hertz.
• Raios gama: esse tipo de raio fica na extremidade do espectro
eletromagnético. Sua frequência é a mais alta, de 10²º hertz a 10²² hertz, e seu
comprimento é o menor. São formados pela desintegração do núcleo de
elementos radioativos e responsáveis pela produção de bombas atômicas.
Tipos de onda:
• Micro-ondas: são as ondas eletromagnéticas que têm frequência baixa,
entretanto, mais elevada do que as ondas de rádio (entre 108 Hz e 10¹² Hz).
São usadas nas áreas da telecomunicação.
Características:
1- Amplitude (A): é a altura que a onda pode alcançar. Em termos físicos, a amplitude nos traz a intensidade da onda. Como temos pontos altos (cristas) e pontos baixos (vales) nas ondas, chamamos esses pontos de amplitude máxima e amplitude mínima, respectivamente, e sua unidade de medida é o metro (m).
2- Comprimento de onda (λ): é o espaço que a onda percorre para completar uma oscilação (um ciclo). Essa medida pode ser feita entre dois vales, duas cristas ou entre o começo de uma crista e o final de um vale. Sua unidade de medida é o metro (m).
Características:
3-Velocidade de propagação (V): é a velocidade da onda no meio. No vácuo, esse valor é maior e constante, igual à velocidade da luz, aproximadamente 3.10 8 m/s. Sua unidade de medida é o m/s.
4-Frequência (f): é a oscilação completa de uma onda. Sua unidade de medida é o hertz (Hz) e ela é calculada por meio do inverso do período (tempo para completar uma oscilação, medido em segundos):
crista: ponto máximo da onda�vale: ponto mínimo da onda��amplitude: distância entre o ponto médio e o máximo ou (mínimo)��comprimento de onda: distância entre dois pontos consecutivos na onda (também pode ser medido pela distância entre duas cristas ou dois vales)��1-quanto maior a frequência, menor o comprimento de onda�2-quanto menor a frequência, maior o comprimento de onda��interferência construtiva: soma as amplitudes�interferência destrutiva: subtração das amplitudes�
Velocidade de propagação�
Relação entre período e frequência�
Fórmulas
A velocidade também pode ser calculada em função da frequência, substituindo o período pelo inverso da frequência.
O período é o inverso da frequência.
O campo magnético (B) se propaga em uma direção e o campo elétrico (E) se propaga em outra. A onda, no entanto, segue na direção (C) de maneira perpendicular.
As ondas eletromagnéticas apresentam todos os atributos de uma onda: reflexão, refração, difração, interferência. Além disso, elas também têm como característica:
• O campo elétrico e magnético são perpendiculares entre si;
• Sua onda é transversal, ou seja, é perpendicular à direção de propagação;
• A luz é uma onda eletromagnética que sensibiliza a visão humana;
• A propagação em meio material é menor do que a do vácuo.
Espectro eletromagnético
O espectro eletromagnético é um gráfico no qual aparecem as escalas de radiações eletromagnéticas. Os sete tipos de ondas eletromagnéticas estão nele e no seu centro fica localizada a radiação visível para os olhos humanos.
Quanto maior a frequência, menor será o comprimento de luz e vice-versa. O ser humano consegue apenas enxergar os comprimentos de ondas que fazem parte da luz visível. Tudo abaixo ou acima é invisível aos nossos olhos.
Forno de micro-ondas�
O forno de micro-ondas é um aparelho simples e prático muito utilizado para aquecimento e cozimento de alimentos de forma rápida. Ele surgiu no início dos anos 50, quando um pesquisador chamado Spencer percebeu que as micro-ondas foram capazes de derreter uma barra de chocolate enquanto ele estava trabalhando na construção de magnetrons – peças capazes de gerar ondas eletromagnéticas.
Como o forno de micro-ondas funciona?
O micro-ondas é formado por um transformador de voltagem, um magnetron, uma antena metálica e uma caixa metálica refletora
O transformador gera uma voltagem constante igual a 400V que é fornecida ao magnetron para que ele gere as micro-ondas. Elas se propagam através da antena metálica (parecida com um ventilador) para dentro da caixa metálica onde está o alimento a ser aquecido ou cozido.
As paredes da caixa metálica prendem as micro-ondas no seu interior, devido às reflexões que elas sofrem nas paredes; o que acaba por concentrá-las no alimento.
O alimento é aquecido ou cozido porque as micro-ondas possuem a mesma frequência dos movimentos das moléculas de água presentes nos alimentos, a saber 4,45 GigaHertz. Assim, as micro-ondas são absorvidas pelas moléculas de água que passam a se movimentar cada vez mais rápido, aumentando a temperatura do alimento e provocando seu aquecimento ou cozimento.
As micro-ondas têm alta capacidade de penetração nos alimentos, o que faz que o aquecimento e cozimento ocorram de dentro para fora; exatamente ao contrário do que acontece nos fornos a gás ou elétricos.
As moléculas dos recipientes de vidro ou plástico não se movimentam na frequência do micro-ondas, por isso não sofrem aquecimento direto. Eles são aquecidos pelo calor do alimento, que está em contato direto.
O forno de micro-ondas é um equipamento que funciona transformando energia elétrica em energia térmica.
Refração
Reflexão
Fenômenos ondulatórios
A refração é um fenômeno que acontece quando uma onda muda o meio de propagação. Nesse caso, poderá ocorrer uma mudança no valor da velocidade e na direção de propagação.
Uma onda se propagando em um determinado meio ao se deparar com um obstáculo pode sofre reflexão, isto é inverter o sentido da propagação.
Ao sofrer reflexão, o comprimento de onda, a velocidade de propagação e a frequência da onda não se alteram.
Interferência
Difração
Fenômenos ondulatórios
Quando duas ondas se encontram, ocorre uma interação entre suas amplitudes chamada de interferência.
A interferência pode ser construtiva (aumento da amplitude) ou destrutiva (diminuição da amplitude).
As ondas contornam obstáculos. Quando isso ocorre dissemos que a onda sofreu difração.
A difração nos permite ouvir por exemplo uma pessoa que está do outro lado de um muro.
Ondas estacionárias
As ondas estacionárias ocorrem da superposição de ondas periódicas iguais e de sentidos contrários.
Ao ocorrer interferência construtiva e destrutiva, apresentam pontos que vibram e outros que não vibram.
Podemos produzir ondas estacionárias em uma corda com as extremidades fixas, como por exemplo, nas cordas de um violão.
Exercício 1
Resolução
Exercício 2
Resolução
a) Falsa – A velocidade das ondas eletromagnéticas depende do índice de refração do meio no qual elas se propagam. O índice de refração, por sua vez, depende da frequência da onda eletromagnética, portanto, para o mesmo meio, duas ondas eletromagnéticas podem propagar-se com velocidades distintas, no entanto, no vácuo, quaisquer ondas eletromagnéticas propagam-se com a velocidade da luz;
b) Falso – Após ser refratada por um meio como a água e emergir para fora, a velocidade da luz volta a ser a mesma que ela tinha antes de ser refratada;
c) Falso – A velocidade das ondas eletromagnéticas só depende do meio em que elas se propagam. Quando um observador se aproxima ou se afasta de uma fonte de ondas eletromagnéticas, o que ele percebe é uma mudança na frequência e no comprimento de onda, o chamado efeito Doppler;
d) Falso – A velocidade das ondas eletromagnéticas só depende do meio em que elas se propagam;
e) Verdadeiro – A velocidade das ondas só depende do índice de refração do meio.
fim