Espectro eletromagnético

Espectro eletromagnético é o intervalo de todas as frequências de ondas eletromagnéticas existentes. O espectro eletromagnético é, geralmente, apresentado em ordem crescente de frequências, começando pelas ondas de rádio, passando pela radiação visível até a radiação gama, de maior frequência.

Tópicos deste artigo

• 1 - Frequência e comprimento das ondas eletromagnéticas
• 2 - Espectro eletromagnético visível
• 3 - Cores do espectro eletromagnético
• 4 - Ondas de rádio
• 5 - Micro-ondas
• 6 - Infravermelho
• 7 - Luz visível
• 8 - Ultravioleta
• 9 - Raios X
• 10 - Raios gama

Frequência e comprimento das ondas eletromagnéticas

A frequência das ondas eletromagnéticas, por sua vez, diz respeito ao número de oscilações que o seu campo elétrico realiza a cada segundo, além disso, ondas com frequências mais altas carregam mais energia consigo. Em ordem crescente de frequência, as ondas distribuem-se no espectro eletromagnético, classificando-se em: ondas de rádio, micro-ondas, infravermelho, luz visível, ultravioleta, raios X e raios gama.

O número de oscilações do campo elétrico é a frequência da onda eletromagnética.

De acordo com a teoria ondulatória, podemos determinar a frequência de uma onda como a razão de sua velocidade de propagação pelo seu comprimento de onda:

f – frequência da onda (Hz)

c – velocidade da luz no vácuo (m/s)

λ – comprimento de onda (m)

Na tabela abaixo, temos as faixas de frequências e comprimentos de onda correspondentes a algumas cores do espectro eletromagnético visível:

Observando a tabela anterior com cuidado, é possível perceber que a cor violeta apresenta a maior frequência do espectro visível e, consequentemente, o menor comprimento de onda, uma vez que essas duas grandezas são inversamente proporcionais.

Veja também: Classificação das ondas

Espectro eletromagnético visível

O espectro visível diz respeito às ondas eletromagnéticas cujas frequências são localizadas entre o infravermelho e o ultravioleta. Essas ondas, que têm frequências que se estendem de 4,3.10¹⁴ Hz até 7,5.10¹⁴ H, são aquelas que podem ser percebidas pelo olho humano e interpretadas pelo cérebro.

Cores do espectro eletromagnético

A figura abaixo apresenta o espectro eletromagnético visível, mostrando o pico de frequência correspondente a cada cor, observe:

Apenas uma pequena fração do espectro eletromagnético pode ser percebida pelo olho humano.

Em ordem crescente de frequências, as cores do espectro visível são: vermelho, laranja, amarelo, verde, ciano, azul e violeta. A seguir, apresentaremos um pouco sobre as propriedades e usos tecnológicos de cada um dos intervalos de frequência do espectro eletromagnético.

Ondas de rádio

As ondas de rádio são um intervalo de frequências do espectro eletromagnético que são largamente utilizadas nas tecnologias de telecomunicações. As ondas de rádio têm os maiores comprimentos de onda do espectro eletromagnético, estendendo-se entre 1 mm (10^-3 m) até 100 km. Esse tipo de onda é usado para transmitir sinais de televisão, rádio, celular, internet e GPS.

As antenas de telefonia móvel utilizam ondas de rádio.

Micro-ondas

As micro-ondas são ondas eletromagnéticas cujos comprimentos de onda estendem-se entre 1 m e 1 mm ou 300 GHz e 300 MHz, respectivamente. Dessa forma, as micro-ondas encontram-se dentro do intervalo das ondas de rádio. Apesar disso, apresentam frequências um pouco maiores que as ondas de rádio e são usadas em aplicações diferentes.

Os principais usos tecnológicos das micro-ondas são as redes sem fio (roteadores wi-fi), radares, comunicação com satélites, observações astronômicas, aquecimento de alimentos, entre outros.

Infravermelho

O infravermelho é uma onda eletromagnética de frequência menor que a luz visível (300 GHz a 430 Thz) e, portanto, invisível ao olho humano. A maior parte da radiação térmica emitida pelos corpos que se encontram em temperatura ambiente é radiação infravermelha. Por tratar-se de uma faixa de frequências muito grande, com diversas aplicações tecnológicas, o infravermelho é subdividido em regiões menores: infravermelho próximo, médio e longínquo.

Além de poder ser utilizado para aquecer, em razão de sua capacidade de fazer com que as moléculas de um corpo vibrem, o infravermelho é utilizado para cocção de alimentos, para o aquecimento de ambientes, para a produção de sistemas de detecção de presença e movimento, sensores de estacionamento, controles remotos e câmeras de visão térmica.

A visão térmica é útil na ausência da luz visível, ela detecta raios infravermelhos que emanam dos corpos aquecidos.

Veja também: Qual é a velocidade da luz?

Luz visível

O intervalo do espectro eletromagnético que pode ser visto pelo olho humano é conhecido como luz visível, cujo comprimento de onda estende-se entre 400 nm e 700 nm, portanto, todas as imagens que vemos tratam-se da interpretação que o cérebro produz das ondas eletromagnéticas que forem emitidas ou refletidas pelos corpos ao redor de nós. O olho humano é capaz de perceber essas frequências de luz graças a dois tipos especiais de células que revestem o fundo do olho: os cones e os bastonetes.

Os cones e os bastonetes são células fotorreceptoras, isto é, são capazes de perceber sinais luminosos. Enquanto os bastonetes são responsáveis pela percepção de movimento e pela formação de imagens em preto e branco (como quando tentamos enxergar no escuro), os cones nos proporcionam a visão em cores. Existem três tipos de cones no olho humano e cada um deles é capaz de perceber uma das seguintes cores cores: vermelho, verde ou azul.

Para a Física, portanto, as cores que enxergamos não passam de fenômenos fisiológicos que dependem da captação de luz e da sua interpretação pelo cérebro. Além disso, a proporção entre cada uma das frequências de vermelho, verde e azul é capaz de produzir todos os tons que conhecemos. Quando emitidas juntas, essas três cores produzem a luz branca, que não se trata de uma cor, mas de uma superposição das frequências visíveis.

Ultravioleta

A radiação ultravioleta corresponde ao conjunto de frequência de ondas eletromagnéticas que são maiores que as frequências da luz visível e menores que as frequências dos raios-X. Esse tipo de radiação tem três subdivisões que não são exatas: ultravioleta próximo (380 nm a 200 nm), ultravioleta distante (200nm a 10 nm) e ultravioleta extremo (1 a 31 nm).

Os raios ultravioleta também podem ser subdivididos em raios UV-A (320-400 nm), UV-B (280-320 nm) e UV-C(1-280 nm). Tal classificação diz respeito às formas de interação dessas frequências de ultravioleta com os organismos vivos e com o meio ambiente.

Apesar de todas serem produzidas pelo Sol, 99% da radiação ultravioleta que chega à superfície da Terra é do tipo UV-A, a radiação UV-B, no entanto, apesar de menos presente, é a principal responsável pelos danos causados à pele humana, como queimaduras e danos às moléculas de DNA das células epiteliais.

O UV-C, por sua vez, é o ultravioleta de maior frequência, capaz de destruir micro-organismos e esterilizar objetos. Toda a radiação UV-C produzida pelo Sol é absorvida pela atmosfera terrestre.

Os raios ultravioleta podem ser utilizados para o bronzeamento artificial, uma vez que eles induzem a formação de melanina; em lâmpadas fluorescentes, fazendo com que o fósforo presente nessas lâmpadas emita luz branca; em análises de moléculas que podem sofrer alterações estruturais ao serem expostas ao ultravioleta; e também nos tratamentos para combater o câncer de pele.

Veja também: Você sabe o que é luz negra?

Raios X

Os raios X são uma forma de radiação eletromagnética de frequência mais alta que o ultravioleta, no entanto, sua frequência é inferior à frequência característica dos raios gama. Os raios X estendem-se pelo espectro eletromagnético entre as frequências de 3.10¹⁶ Hz e 3.10¹⁹ Hz, que correspondem a comprimentos de onda muito pequenos, entre 0,01 nm e 10 nm (1 nm = 10^-9 m).

Os raios X são absorvidos pelos ossos, por isso é possível produzirmos imagens do interior do corpo humano.

Os raios X têm grande capacidade de penetração e são absorvidos pelos ossos humanos, por essa razão, esse tipo de radiação é largamente utilizado para a realização de exames de imagem, como a radiografia e a tomografia.

Além disso, os raios X são uma forma de radiação ionizante, uma vez que podem causar danos ao código genético das células. É por esse motivo que a radiação X é também utilizada em sessões de radioterapia.

Raios gama

Os raios gama são uma forma de radiação eletromagnética de alta frequência (entre 10¹⁹ Hz e 10²⁴ Hz), geralmente, produzidos pelo decaimento nuclear de elementos radioativos, pela aniquilação entre pares de partículas e antipartículas, ou ainda em fenômenos astronômicos de grandes proporções, como no surgimento de novas e supernovas, colisões de estrelas e erupções solares.

A radiação gama transporta uma enorme quantidade de energia, sendo capaz de atravessar obstáculos como paredes de concreto com relativa facilidade. Além disso, é uma radiação altamente ionizante, capaz de causar danos irreversíveis a diversos tecidos. Apesar de seus perigos, a radiação gama é largamente usada na medicina nuclear, para o tratamento do câncer e também em cirurgias complexas, como na remoção de tumores intracranianos.

Por Me. Rafael Helerbrock