Espectro eletromagnético

Espectro eletromagnético é o conjunto de todas as frequências da radiação eletromagnética. Ele apresenta sete tipos de radiação que interagem de formas diferentes com a matéria e estão presentes em nosso cotidiano, em aplicações tecnológicas, são elas: ondas de rádio, micro-ondas, infravermelho, luz visível, radiação ultravioleta, raios x e raios gama.

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Espectro eletromagnético

O espectro eletromagnético divide-se em sete intervalos de frequências de ondas eletromagnéticas. Esses tipos produzem efeitos diferentes sobre a matéria, confira quais são:

• Infravermelho: também conhecido como ondas de calor, transfere energia para os átomos e moléculas, fazendo-os oscilar mais intensamente, causando um aumento de temperatura.
• Luz visível: consegue excitar os elétrons dos átomos, causando mudanças nos níveis de energia dos átomos.
• Radiação ultravioleta: transporta uma grande quantidade de energia, desse modo, é capaz de arrancar os elétrons dos átomos, ionizando-os.
• Raios x: têm capacidade de ionizar os átomos e também produzir transições de energia no núcleo dos átomos, que reemitem novas frequências de raios x.
• Radiação gama: transportam uma grande quantidade de energia e, por isso, podem desestabilizar o núcleo dos átomos, que podem sofrer fissão nuclear.

A figura seguinte apresenta o espectro eletromagnético, observe:

Exemplos de ondas eletromagnéticas em nosso dia a dia

Confira alguns exemplos de aplicações dos tipos de ondas eletromagnéticas em fenômenos e tecnologias presentes em nosso cotidiano:

• Ondas de rádio: são usadas na transmissão dos sinais de TV, rádio, GPS e telefonia celular.
• Micro-ondas: são usadas em fornos que aquecem alimentos. Esse aquecimento acontece graças à ressonância entre as moléculas de água e as micro-ondas de frequência próxima aos 2450 MHz.
• Infravermelho: não é visível a olho nú, entretanto, existem câmeras de segurança que fazem imagens noturnas bastante nítidas por meio da sua captação.
• Luz visível: é aquela que excita os órgãos sensoriais da visão, permitindo que enxerguemos o mundo e todas as coisas ao nosso redor. Essa luz estende-se pelos tons de vermelho, amarelo, verde, laranja, amarelo, verde, ciano, azul e violeta.
• Ultravioleta: não é percebida pelo olho humano, entretanto, somos constantemente expostos a esse tipo de radiação graças à radiação solar. Por tratar-se de uma radiação ionizante, a luz ultravioleta pode causar mutações genéticas nas células da pele, levando ao surgimento do câncer de pele.
• Raios x: são radiações ionizantes, com alto poder de penetração, e largamente utilizados para realizar exames de imagem, como a radiografia e a tomografia. Além disso, podem ser usados no combate ao câncer por meio da radioterapia.
• Raios gama: são as ondas eletromagnéticas mais energéticas de todo o espectro eletromagnético. Eles são produzidos por reações nucleares e são altamente ionizantes, por isso, são usados para análise da estrutura interna de sólidos, esterilização de produtos e utensílios médicos etc.

Definição de ondas eletromagnéticas

São fenômenos oscilatórios que transportam energia e não necessitam de um meio físico para propagar-se. As ondas eletromagnéticas são produzidas por campos elétricos e campos magnéticos oscilantes e perpendiculares entre si. Seus tipos são classificados de acordo com seu intervalo de frequência, segundo o espectro eletromagnético.

As ondas eletromagnéticas foram descritas matematicamente, pela primeira vez, em 1864, pelo matemático escocês James Clerk Maxwell, por meio de um conjunto de equações conhecidas como equações de Maxwell.

A prova definitiva da existência das ondas eletromagnéticas veio por volta de 1880, na época, o físico alemão Heinrich Hertz produziu, detectou e comprovou a existência das ondas de rádio, que se movem à velocidade da luz e apresentavam todas as características das ondas descritas nos trabalhos de Maxwell. Caso tenha maior interesse no tema deste tópico, leia: Ondas eletromagnéticas.

Características das ondas eletromagnéticas

Vamos listar algumas das características das ondas eletromagnéticas, confira:

• Não necessitam de um meio físico para propagarem-se. No vácuo, elas viajam na velocidade da luz — 299.792.458 m/s.
• São transversais e caracterizam-se pelo fato da direção em que elas propagam-se ser perpendicular à direção do estímulo que as produz.
• Propagam-se nas três direções do espaço, portanto, são ondas de propagação tridimensional.
• Podem sofrer diversos tipos de fenômenos, como reflexão, refração, absorção, difração, interferência, dispersão, espalhamento, polarização etc.
• Sua velocidade de propagação depende exclusivamente do meio em que elas se propagam, uma vez que cada meio apresenta um determinado índice de refração.
• De acordo com a dualidade onda/partícula, proposta pelo físico alemão Albert Einstein, em seu artigo de 1905 que explica o efeito fotoelétrico, a luz pode comportar-se tanto como uma onda quanto como um conjunto de partículas chamadas de fótons.

Além dessas, existem características físicas que distinguem uma onda eletromagnética de outra, confira:

• Amplitude: tem relação com a intensidade das ondas eletromagnéticas, ou seja, depende da quantidade de energia que a onda é capaz de transferir a cada segundo.
• Velocidade: depende do índice de refração em que a onda eletromagnética propaga-se. No vácuo, todas as ondas eletromagnéticas propagam-se na velocidade da luz.
• Frequência: é a medida de oscilações que o campo elétrico realiza a cada segundo. Segundo o SI, essa unidade é o s^-1, conhecido como Hertz,
• Comprimento de onda: diz respeito ao tamanho que uma onda percorre até que se complete uma oscilação do campo elétrico. O comprimento de onda equivale à distância entre duas cristas ou dois vales da onda eletromagnética.

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Fórmula das ondas eletromagnéticas

A principal fórmula utilizada para as ondas eletromagnéticas é a que relaciona velocidade de propagação, comprimento de onda e frequência, observe:

v – velocidade de propagação (m/s)

λ – comprimento de onda (m)

f – frequência (Hz)

Exercícios resolvidos sobre ondas eletromagnéticas

Questão 1) Assinale, entre as alternativas seguintes, aquela em que há, exclusivamente, ondas de natureza eletromagnética:

a) raios x, raios gama, ultravioleta

b) ondas de rádio, infravermelho, ultrassom

c) luz visível, ultravioleta, som

d) infravermelho, ondas de rádio, sonar

e) ultravioleta, raios gama, infrassom

Gabarito: Letra A

Resolução:

Ondas eletromagnéticas são formadas pela oscilação dos campos elétrico e magnético, são transversais, tridimensionais e propagam-se pelo vácuo. São tipos de ondas eletromagnéticas: ondas de rádio, micro-ondas, infravermelho, luz visível, ultravioleta, raios x e radiação gama. Portanto, a alternativa correta é a letra A.

Questão 2) São características capazes de distinguir um tipo de onda eletromagnética de outro:

a) intensidade, velocidade, área, comprimento, força

b) amplitude, perturbação, propagação, direção, sentido

c) amplitude, velocidade, frequência, comprimento de onda

d) altura, intensidade, timbre, velocidade, polarização

Gabarito: Letra C

Resolução:

As características mais gerais, inerentes às ondas eletromagnéticas, são a amplitude da onda, a velocidade de propagação, a frequência de oscilação, e o comprimento de onda. Dessa maneira, a alternativa correta é a letra C.