Ondas eletromagnéticas

Física

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Ondas eletromagnéticas são oscilações formadas por campos elétricos e magnéticos variáveis, que se propagam tanto no vácuo quanto em meios materiais. Elas são ondas tridimensionais e transversais que viajam na velocidade da luz, transportando exclusivamente energia. Ademais, apresentam-se na forma de ondas de rádio, micro-ondas, infravermelho, luz visível, ultravioleta, raios x e raios gama, em ordem crescente de frequência e energia.

Antes de continuarmos, sugerimos que você leia o nosso artigo e conheça alguns conceitos importantes sobre a classificação das ondas.

O que são ondas eletromagnéticas?

As ondas eletromagnéticas surgem com base na interação entre campos elétricos ou campos magnéticos variáveis. Essas se propagam no vácuo com a mesma velocidade que a luz, cerca de 300 mil quilômetros por segundo. Diferentemente das ondas mecânicas, como o som, as ondas eletromagnéticas podem propagar-se tanto em meios materiais quanto no vácuo. Por tratarem-se de fenômenos ondulatórios, elas podem sofrer reflexão, refração, absorção, difração, interferência, espalhamento e polarização.

As ondas eletromagnéticas são formadas com base em campos elétricos e magnéticos variáveis.
As ondas eletromagnéticas são formadas com base em campos elétricos e magnéticos variáveis.

As ondas eletromagnéticas foram previstas e teorizadas pelo físico e matemático escocês James Clerk Maxwell, que unificou as equações da eletricidade e do magnetismo já existentes (equações de Faraday, Ampére e Gauss) em equações de onda.

Saiba mais: Michel Faraday – um dos maiores experimentalistas da história!

Por meio de suas equações, Maxwell conseguiu calcular o módulo da velocidade de propagação das ondas eletromagnéticas. A confirmação experimental da existência das ondas eletromagnéticas só surgiu cerca de uma década mais tarde, após experimentos realizados pelo físico alemão Heinrich Hertz.

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Todas as ondas eletromagnéticas apresentam frequência de oscilação, comprimento de onda e amplitude. Além disso, o comprimento de onda e a frequência são grandezas inversamente proporcionais, por isso, ondas de alta frequência, como os raios x ou raios gama, apresentaram comprimentos muito pequenos. A figura seguinte mostra o espectro eletromagnético e as diferentes faixas de ondas eletromagnéticas existentes, observe:

Características das ondas eletromagnéticas

Algumas características próprias das ondas eletromagnéticas:

  • São transversais, isto é, a perturbação responsável por produzi-las acontece em uma direção perpendicular à sua direção de propagação. Nas ondas eletromagnéticas, o campo elétrico, o campo magnético e a direção de propagação são perpendiculares entre si;
  • Propagam-se no vácuo com a mesma velocidade que a luz visível: 2,99792458.108 m/s, simbolizada pela letra c;
  • Sua amplitude diz respeito à sua intensidade, quanto maior for a amplitude de uma onda eletromagnética, maior é a perturbação que ela é capaz de produzir;
  • São tridimensionais, isto é, depois de produzidas, propagam-se igualmente em todas as direções;
  • Quando atravessam meios materiais, como o ar ou a água, sua velocidade de propagação diminui, enquanto o seu comprimento de onda aumenta, de modo que a sua frequência não se altera. Esse fenômeno é conhecido como refração.

Veja também: O que são ondas para a física? Confira exercícios e mapa mental

Ondas eletromagnéticas no dia a dia

Confira alguns exemplos de ondas eletromagnéticas existentes e bastante usados em nosso cotidiano:

  • Ondas de rádio: são largamente utilizadas nas telecomunicações. O sinal de rádio, televisão e celular encontra-se nessa faixa de frequência;
  • Micro-ondas: também são muito utilizadas nas telecomunicações. Os roteadores de internet sem fio, popularmente conhecidos como Wi-fi, utilizam micro-ondas de frequências que variam entre 2,4 GHz e 5,8 GHz;
  • Infravermelho: é também conhecido como onda de calor. Alguns dispositivos de segurança equipados com visão noturna são capazes de captá-lo. O infravermelho é a onda emitida quando usamos um controle remoto;
  • Luz visível: é a faixa de ondas eletromagnéticas que se localiza entre as frequências de 480 THz e 750 THz.
  • Ultravioleta: após certas frequências, passa a ser considerado uma radiação ionizante, isto é, uma onda eletromagnética com potencial de arrancar elétrons das moléculas, ocasionando o surgimento de anomalias celulares que podem evoluir para um câncer, por exemplo. Essa frequência de onda eletromagnética é bastante utilizada por peritos criminais para a detecção de materiais biológicos, como sangue e saliva; sua capacidade de ionização também permite usá-la para a esterilização de utensílios cirúrgicos, seringas, recipientes etc.;
  • Raios x: chegam à Terra em pouca quantidade devido à presença da atmosfera terrestre. Essas ondas eletromagnéticas têm frequências muito altas e grande poder de penetração, por isso, são utilizadas para a obtenção de imagens de ossos e articulações e para o tratamento de tumores, por meio da radioterapia

Veja mais: Raios x - radiações eletromagnéticas de alta frequência

  • Raios gama: são produzidos por reações nucleares, nas quais os níveis de energia do núcleo dos átomos sofrem variações. Essas ondas são extremamente energéticas e apresentam alto poder de penetração. Os raios gama são usados para estudos astronômicos e para a indução de reações nucleares.

Ondas eletromagnéticas e matéria

A forma como as ondas eletromagnéticas interagem com a matéria depende diretamente de sua frequência. Confira como as cargas elétricas e outras partículas respondem a cada tipo de onda:

  • Ondas de rádio: promovem a oscilação coletiva de elétrons livres em metais, como ocorre nas antenas usadas em rádios e televisores;
  • Micro-ondas: apresentam frequências parecidas com a frequência de rotação das moléculas de água, isso faz com que esse tipo de onda eletromagnética possa entrar em ressonância com essas moléculas, aquecendo-as por meio da rotação;
  • Infravermelho: promove a vibração molecular, é uma das principais formas de transmissão de calor;
  • Luz visível: é capaz de fornecer energia e excitar os elétrons presentes em moléculas;
  • Ultravioleta: promove a excitação de elétrons mas também pode causar a ejeção de elétrons que se encontrem na camada de valência dos átomos;
  • Raios x: são capazes de arrancar elétrons dos átomos por meio da colisão elástica entre fótons e átomos. Esses fótons são absorvidos pelos átomos e reemitidos em frequências menores;
  • Raios gama: podem causar excitações nucleares, levando à sua dissociação, mas também podem gerar pares de matéria e antimatéria, causando a aniquilação mútua dessas partículas.

 

Por Rafael Helerbrock
Professor de Física

Gostaria de fazer a referência deste texto em um trabalho escolar ou acadêmico? Veja:

HELERBROCK, Rafael. "Ondas eletromagnéticas"; Brasil Escola. Disponível em: https://brasilescola.uol.com.br/fisica/o-que-sao-ondas-eletromagneticas.htm. Acesso em 05 de dezembro de 2020.

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Lista de Exercícios
Questão 1

Por qual motivo as ondas eletromagnéticas limítrofes receberam os nomes: infravermelho e ultravioleta, quando estão na faixa de luz visível?

Questão 2

A velocidade das ondas eletromagnéticas no vácuo é de 3. 108 m/s. Calcule qual a frequência dos raios X, sabendo que sua onda possui comprimento de 0,1 Å

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