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Ondas eletromagnéticas

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Ondas eletromagnéticas e a natureza das ondas da luz.

Por volta de meados do século XIX, o físico escocês JC Maxwell, estudando fenômenos elétricos e magnéticos, descobriu que uma carga elétrica oscilante produz um campo elétrico e um campo magnético perpendicular um ao outro, que se propagam na forma de ondas; A propagação de ondas está associada ao transporte de energia eletromagnética ou radiante.

Ele de estudos posteriores concluiu que: luz está composto por ondas eletromagnéticas (ou radiação eletromagnética) formado pela propagação simultânea de um campo magnético (B) já campo elétrico (E) perpendicular um ao outro.

ondas eletromagnéticas

Na propagação de ondas eletromagnéticas, o campo elétrico e o campo magnético são sinusoidais e perpendiculares entre si.

Portanto, como a luz é um fenômeno ondulatório, ou seja, um fenômeno que se reproduz idêntico por um grande número de vezes e dada a maior importância do campo elétrico em comparação com o campo magnético nas interações com importa, preferimos representar a onda com o único campo elétrico oscilante:

onda eletromagnética e campo elétrico

Campo elétrico oscilante de uma onda eletromagnética.

Cada onda eletromagnética pode ser estudada de dois pontos de vista diferentes:

1) o ponto de vista espacial fixa o tempo e estuda como a onda varia no espaço; é como tirar um “instantâneo” da onda;

2) o ponto de vista temporal fixa o espaço (isto é, um ponto) e examina como a amplitude da onda varia à medida que o tempo muda nesse ponto. É como se o observador estivesse posicionado em um ponto preciso no espaço invertido pela radiação que se propaga e observa as variações do campo elétrico ao longo do tempo.

Quantidades características de ondas eletromagnéticas.

Podemos definir alguns parâmetros característicos da onda eletromagnética:

1) O comprimento de onda λ (lambda) representa a distância entre os pontos correspondentes de duas ondas sucessivas (por exemplo, a distância entre dois picos sucessivos), ou mais geralmente, a distância entre dois pontos sucessivos em fase entre si no perfil espaço.

Sua unidade de medida é o medidor ou um de seus submúltiplos, como o centímetro (1 cm = 0,1 m), o micrômetro (1 µm = 10-6 m), o nanômetro (1 nm = 10-9 m) ou o picômetro (13:00 = 10-12 metro).

O comprimento de onda de uma onda eletromagnética varia com a variação do material transversal transparente (vácuo, ar, vidro, diamante, etc.). Chamado λ0 0 o comprimento de onda no vácuo, o comprimento de onda em um meio transparente com índice de refração n é igual a:

Comprimento de onda em um meio

2) A amplitude da onda A é a distância do pico do pico do eixo de propagação da onda. Sua unidade de medida é o volt por metro, V / m.

3) frequência ν (ni) é o número de oscilações de onda em um segundo. A frequência de uma onda eletromagnética permanece a mesma com a variação do material transversal transparente (vácuo, ar, vidro, diamante, etc.). Sua unidade de medida é hertz (Hz); hertz é o inverso do segundo Hz = 1 / s

4) A velocidade de propagação c, que adquire valores diferentes, dependendo do meio em que se propaga.

No caso de uma onda eletromagnética que se propaga no vácuo (velocidade da luz no vácuo), c = 3 · 108 m / soc = 300.000 Km / s (para equivalência, consulte: de m / s para km / s). Se a luz se propagar em um meio transparente que não seja o vácuo (vidro, ar, etc.), sua velocidade diminui.

O comprimento de onda, a frequência e a velocidade de propagação estão ligados pela seguinte relação matemática:

Fórmula da velocidade de uma onda eletromagnética.

As fórmulas inversas são as seguintes:

Fórmula do comprimento de onda

isto é

Fórmula de frequência

Classificação de ondas eletromagnéticas

As ondas eletromagnéticas foram classificadas de acordo com os valores do comprimento de onda (ou, o que é o mesmo, de acordo com os valores de frequência); como um todo eles o constituem espectro eletromagnético.

As ondas eletromagnéticas percebidas pelo olho humano são apenas uma parte muito pequena do espectro eletromagnético: elas o constituem espectro visível. Essas ondas eletromagnéticas têm valores de comprimento de onda entre 390 nm e 760 nm (1 nm = 1 nanômetro = 10-9 m = um milionésimo de milímetro).

As ondas eletromagnéticas que têm um comprimento de onda mais longo (e, portanto, uma frequência mais baixa) são classificadas como: ondas de infravermelho, microondas e rádio.

As ondas eletromagnéticas com um comprimento de onda menor (e, portanto, uma frequência mais alta) são classificadas como: ultravioleta (UV), raios X, raios gama.

espectro eletromagnético

Espectro eletromagnético.

Classificação de ondas eletromagnéticas com base no comprimento de onda.

Em seguida, classificamos as ondas eletromagnéticas de acordo com o valor do comprimento de onda:

Ondas de rádio: λ = 10 km – 10 cm

Microondas λ = 10 cm – 1 mm

Infravermelho: λ = 1mm – 760nm

Alcance visível: λ = 760 mm – 390 nm

Ultravioleta: λ = 390 nm – 10 nm

Raios: λ = 10 nm – 13:00

Raios gama: λ ≤1 pm

Quanto ao campo visível, listamos abaixo os intervalos aproximados de comprimento de onda para cada cor:

Violeta: λ = 390 – 450 nm

Índigo: λ = 450 – 475 nm

Azul: λ = 476 – 495 nm

Verde: λ = 495 – 570 nm

Amarelo: λ = 570 – 590 nm

Laranja: λ = 590 – 620 nm

Vermelho: λ = 620 – 760 nm

Petter do visível

Espectro do visível.

Interações de ondas eletromagnéticas com átomos e moléculas.

No fenômeno de absorção, átomos e moléculas absorvem radiação eletromagnética de uma frequência adequada, experimentando uma série de fenômenos descritos abaixo:

1) as ondas de rádio interagem com o giro de alguns núcleos atômicos;

2) microondas induzem rotações nas moléculas;

3) os raios infravermelhos amplificam as vibrações naturais da molécula;

4) raios UV e visíveis excitam os elétrons da valência;

5) Os raios X conseguem expulsar os elétrons mais próximos do núcleo.

Exercício

Uma onda eletromagnética tem um comprimento de onda de 600nm. Determine sua frequência.

Progresso

O exercício propõe o cálculo da frequência de uma onda eletromagnética que possui um comprimento de onda de 600 nm.

Convertemos nanômetros em metros:

600 nm = 60010-9 m = 6,10-7 metro

A relação entre comprimento de onda e frequência é a seguinte:

Fórmula da velocidade de uma onda eletromagnética.

De onde derivamos a fórmula para calcular a frequência:

Fórmula de frequência

Lembrando que c = 3 · 108 m / s, temos que:

v = c / λ = (3,108) / (6.10-7) = 5,10quinze Hz

Exercícios sobre ondas eletromagnéticas.

Se você estiver interessado, pode encontrá-los aqui: exercícios sobre ondas eletromagnéticas.

Por fim, deixamos alguns links que podem lhe interessar:

Qual é o período de uma onda eletromagnética?

Qual é o graviton?

Qual é o efeito Compton?

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