CAMPO ELETROMAGNÉTICO

Espetro eletromagnético

    O espetro eletromagnético é o intervalo onde se situam todas as radicações eletromagnéticas conhecidas até ao momento. A radicação eletromagnética é uma oscilação em fase dos campos elétricos e magnéticos que, autossustentando-se, encontram-se desacoplados das cargas elétricas que lhe deram origem.

    Ondas eletromagnéticas propagam-se tanto na matéria como no vácuo, ou seja, no vazio. A luz, por exemplo, é uma onda emitida pelo Sol que se propaga até a Terra sem haver um meio material entre eles. Isso também ocorre com as ondas de rádio, as ondas de raio X e as ondas térmicas. As ondas eletromagnéticas diferem entre si quanto à frequência e comprimento de onda portanto, podemos organizá-las numa sequência ordenada no sentido crescente das frequências. No espectro eletromagnético, quanto mais seguimos a direita, maior a frequência e menor o comprimento de onda. Atualmente, o mesmo estende-se desde as radiações rádio até aos raios gama.

    A primeira descoberta de ondas eletromagnéticas além da luz foi em 1800, por William Hershel. Este, depois de decompor a luz (da qual havia a noção de que viajava em linhas retas) a partir de um prisma, verificou que a temperatura aumentava do violeta para o vermelho e que, logo após este, havia uma região onde a temperatura aumentava, porém não existia qualquer cor na mesma. Um ano depois Johann Wilhelm Ritter realizou estudos no outro extremo do espetro e averiguou que a zona após o violeta provocava reações químicas. Essa zona foi então apelidada de “raios químicos” que se comportavam de maneira semelhante aos raios violeta da região visível.

    Só passados cerca de 45 anos, Michael Faraday relacionou pela primeira vez a radiação eletromagnética e o eletromagnetismo. O efeito de Faraday mostrou pela primeira vez uma relação entre as ondas de luz e o eletromagnetismo. Atualmente sabe-se que este efeito é causado por pequenas correntes elétricas dentro de átomos individuais.

    Em 1860 James Maxwell desenvolveu quatro equações diferenciais parciais para o campo eletromagnético, e duas dessas mesmas equações previam a possibilidade e o comportamento das ondas no campo. Ao analisar essas ondas teóricas, Maxwell mostrou que estas poderiam viajar a uma velocidade semelhante à velocidade da luz, o que levou a crer que a própria luz era uma onda eletromagnética. Por outro lado, a previsão de ondas de Maxwell previa também ondas de frequências inferiores ao infravermelho, mas as equações deste físico só vieram a ser provadas mais tarde por outrem. Heinrich Hertz construi um aparelho capaz de detetar ondas de frequências mais baixas, neste caso as ondas rádio. Hertz demonstrou também que esta nova radiação se comportava do mesmo modo que a luz, ou seja podia ser refletida e refratada.

    Mais tarde Wilhelm Röntgen descobriu uma nova radiação que era capaz de atravessar partes do corpo humano, porem não atravessavam materiais densos, como por exemplo os ossos. A descoberta desta nova radiação, que se passou a chamar raios-X, abriu novas portas para a medicina.

    O espetro só ficou completo depois da descoberta dos raios gama, que provocaram indecisões a alguns físicos, devido à maneira como estes se comportavam. Primeiro Paul Villard, que estudava as emissões radiativas do rádium descobriu subitamente um novo tipo de radiação que ele pensou tratar-se de partículas parecidas com as conhecidas alfa e beta, porém com a propriedade de serem mais penetrantes que estas duas últimas. Mais tarde William Henry Bragg demonstrou que os raios gama eram uma radiação eletromagnética e não partículas. E por último Ernest Rutherford e Edward Andrade mediram os comprimentos de onda dos raios gama e mostraram que os mesmos tinham um menor comprimento de onda que os raios-X e maior frequência.

    O espetro eletromagnético está dividido em sete principais grupos de radiações: rádio, micro-ondas, infravermelho, visível, ultravioleta, raios-X e raios gama, do com menor frequência até ao de maior frequência, respetivamente.

    As ondas de radio são as que tem menor frequência (3kHz a 300GHz) e maior comprimento de onda (10km a 1mm). Elas são geradas naturalmente por raios ou objetos astronômicos. Podem ser geradas artificialmente para rádios amadores, telefonia móvel, radar e outros sistemas de navegação. São produzidas por correntes elétricas que oscilam rapidamente num condutor.

    No espetro as micro-ondas situam-se logo a seguir às ondas de radio e antes do Infravermelho. A sua frequência estende-se desde os 10⁹ Hz até aos 3x10¹¹ Hz, e o comprimento de onda varia entre os 30 cm e o 1mn. Além de circuitos eletrónicos podemos ter emissões de radiações deste tipo em transições atómicas desde que os níveis energéticos envolvidos estejam próximos.

    A região do infravermelho estende-se dos 3x10¹¹ Hz até aproximadamente aos 4x10¹⁴ Hz. O infravermelho (ou IV) é vulgarmente subdividido em três regiões: o IV próximo (próximo do visível) (780 - 2500 nm), o IV intermédio (2500 - 50000 nm) e o IV longínquo (50000nm - 1mm). Não existe uma nomenclatura universalmente aceite. As moléculas de um corpo a uma temperatura superior à do zero absoluto (-273 °Celsius) radiam no IV ainda que com intensidade reduzida. Os corpos quentes, tais como aquecedores elétricos e carvão em brasa emitem abundantemente radiações infravermelhas. Como todos os animais de sangue quente, o ser humano radia no infravermelho. Esta emissão é explorada por dispositivos de visão noturna, bem como por alguns animais, como os mosquitos, que conseguem detetar as radiações infravermelhas emitidas por outros e persegui-los à noite, bem como por algumas serpentes que habitualmente estão ativas durante a noite.

    Cerca de metade da energia emitida pelo Sol é no IV, e uma lâmpada elétrica normal emite mais no IV do que no visível.

    A radiação visível vai aproximadamente de 384x10¹² Hz (para o vermelho) até cerca de 769x10¹² Hz (para o violeta).Newton foi o primeiro a reconhecer que a luz branca é constituída por todas as cores do espectro visível e que o prisma não cria cores por alterar a luz branca, como se pensou durante séculos, mas sim por dispersar a luz, separando-a nas suas cores constituintes. O detetor humano olho-cérebro perceciona o branco como uma vasta mistura de frequências normalmente com energias semelhantes em cada intervalo de frequências. É este o significado da expressão "luz branca" - muitas cores do espectro sem que nenhuma predomine especialmente. Muitas distribuições diferentes podem parecer brancas uma vez que o olho humano não é capaz de analisar a luz em frequência do mesmo modo que o ouvido consegue analisar o som.A cor não é uma propriedade da luz mas sim uma manifestação eletroquímica do sistema sensorial - olhos, nervos, cérebro. Com rigor dever-se-ia dizer, por exemplo, "a luz que é vista como amarela" e não "luz amarela".

    Num material incandescente (como um filamento metálico ou o globo solar, por exemplo) os eletrões são acelerados aleatoriamente e sofrem colisões frequentes. A emissão resultante é conhecida como radiação térmica (é uma das principais fontes de luz). Quando se enche um tubo de gás e por ele se faz passar uma descarga elétrica, os seus átomos ficam excitados e emitem luz característica dos seus níveis energéticos e constituída por uma série de bandas, ou linhas, de frequência bem definida.

    A região do ultravioleta estende-se dos 8x10¹⁴ Hz até cerca de 3,4x10¹⁶ Hz (com comprimentos de onda desde 3,75x10^-7 m ate cerca de 8x10^-9 m). O átomo emite um fotão ultravioleta quando um eletrão executa uma transição a partir de um estado fortemente excitado.

    Parte importante da luz que o Sol envia para a Terra é luz ultravioleta. Os raios UV do Sol têm energia suficiente para ionizar os átomos do topo da atmosfera, criando assim a ionosfera. Devido ao seu intenso efeito químico, esta radiação produz alterações químicas na pele humana, levando ao seu escurecimento. Uma exposição excessiva à luz ultravioleta pode provocar o cancro da pele. Felizmente o ozono existente na atmosfera absorve o que poderia constituir feixes letais de ultravioleta.

    O olho humano não consegue ver facilmente no ultravioleta porque a córnea absorve-o particularmente para pequenos comprimentos de onda, enquanto o cristalino absorve mais fortemente para comprimentos de onda maiores. Alguns animais, como por exemplo as abelhas e os pombos, reagem aos ultravioletas.

    A região dos raios X estende-se dos 2,4x10¹⁶ Hz aos 5x10¹⁹ Hz, com comprimentos de onda extremamente reduzidos, quase sempre inferiores aos diâmetros atómicos.

    Um dos mecanismos mais eficientes para a produção de raios X é a desaceleração rápida de partículas carregadas a alta velocidade. Uma gama extensa de frequências resultantes manifesta-se quando um feixe de eletrões com energia elevada é projetado contra um alvo de cobre, por exemplo. As colisões com os núcleos de Cu produzem deflexões no feixe de eletrões que, por sua vez, radiam fotões de raios X. Se durante o "bombardeamento" de eletrões os átomos do alvo ficarem ionizados, por remoção dos eletrões mais interiores ao núcleo, o átomo emitirá raios X quando retomar o seu estado fundamental.

    A região dos raios gama estende-se desde os 5x10¹⁹Hz até aproximadamente 10²² Hz (comprimento de onda desde os 6x10^-12 m até aproximadamente 3x10^-14 m).

    A radiação gama provém de certos núcleos atómicos (são emitidas por partículas que sofrem transições no interior do núcleo atómico). São as radiações mais energéticas e com menor comprimento de onda. Possuem elevado poder penetrante, podendo mesmo atravessar a Terra de um lado ao outro. Um único fotão de raios gama tem energia suficiente para poder ser detetado; o seu comprimento de onda é tão pequeno que se torna extremamente difícil observar o seu comportamento ondulatório.

Bibliografia e webgrafia

https://www.claudio.sartori.nom.br/fis3_capitulo5.pdf

https://coolcosmos.ipac.caltech.edu/cosmic_classroom/classroom_activities/herschel_bio.html

https://efisica.if.usp.br/eletricidade/basico/ondas/compr_onda_periodo_frequencia/

 [ Eletricidade e Magnetismo. Porto: Jaime E. Villate, 20 de março de 2013. 221 págs].

https://mundoeducacao.bol.uol.com.br/fisica/espectro-eletromagnetico.htm

https://www.explicatorium.com/CFQ8/Luz_espectro_eletromagnetico.php

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https://www.astro.iag.usp.br/jane/aga215/apostila/cap04.pdf

https://www.trabalhosfeitos.com/ensaios/Espectro-Eletromagnético/935306.html

https://www.astronomersgroup.org/images/EMspectrum.jpg

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https://sumidoiro.files.wordpress.com/2012/07/post-espectro1.jpg