ONDAS ELETROMAGNÉTICAS

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O ARCO-ÍRIS DE MAXWELL 
● Onda eletromagnética: ​raio luminoso que se propaga no espaço de campos elétricos 
e magnéticos. 
● Durante o século XIX, as únicas ondas eletromagnéticas conhecidas eram a luz visível 
e os raios infravermelhos e ultravioletas, até que Heinrich Hertz descobriu as ondas de 
rádio, percebendo que elas se propagavam com a mesma velocidade da luz visível. 
● O espectro de ondas eletromagnéticas que existe hoje em dia é conhecido como 
arco-íris de Maxwell. 
● Nossos corpos são atravessados constantemente por sinais de televisão, rádio, 
celulares e pelas radiações solares, que é a fonte predominante para definir o meio 
ambiente no qual estamos inseridos. 
● Também convivemos em meio às ondas eletromagnéticas provenientes das lâmpadas, 
dos motores dos automóveis, das máquinas de radiação X, dos relâmpagos e da 
radioatividade presente no solo. 
● Assim como as ondas chegam até nós, na Terra, elas também se propagam da terra 
para outros planetas em órbita de uma das 400 estrelas mais próxima da terra, como 
foi comprovado em 1950, quando sinais de televisão foram enviados para outra 
civilização habitante deste local. 
● O espectro de ondas eletromagnéticas possui uma escala de comprimentos de onda, 
em que cada marca representa uma variação do comprimento de onda e de frequência, 
de 10 vezes. Entretanto, o espectro não tem limites definidos, portanto, as 
extremidades da escala estão em aberto. 
● Não existem lacunas no espectro, e todas ondas se propagam no vácuo com a mesma 
velocidade, independente da sua posição no espectro. 
● A região visível do espectro diz respeito às radiações de vários comprimentos de onda 
que são sensíveis ao olho humano. Por exemplo, o centro da região visível do espectro 
corresponde a 555 nm (nanômetro), portanto, uma luz com esse comprimento de onda 
é perceptível por nós como uma luz verde-claro (luz visível). 
○ A curva de sensibilidade do olho humano, para grandes e pequenos 
comprimentos de onda, tende para a linha de sensibilidade zero. 
○ Entretanto, o olho pode detectar radiações suficientemente intensas. 
 
 
DESCRIÇÃO QUALITATIVA DE UMA ONDA ELETROMAGNÉTICA 
● Existe uma região do espectro, onde o comprimento de onda é 1m, na qual as ondas 
emitidas são macroscópicas, mas de dimensões relativamente pequenas. 
● Uma fonte que emite ondas desse tipo é o oscilador LC, que condiz um sistema 
utilizado para gerar uma onda eletromagnética na região de ondas curtas de rádio do 
espectro eletromagnético. O oscilador LC produz uma corrente senoidal na antena, 
que gera a onda, que por sua vez é detectada em um ponto distante. 
● O oscilador LC determina uma frequência angular w (= 1 / ​√LC) e as cargas e 
correntes do circuito variam senoidalmente com essa frequência. 
● Esse oscilador, através de um transformador e uma linha de transmissão, é acoplado a 
uma antena. É através desse acoplamento que a corrente senoidal do oscilador produz 
correntes senoidais, por meio da frequência angular, nos elementos da antena. 
○ as correntes senoidais fazem com que as cargas nos elementos da antena se 
aproximem e se afastem regularmente, e por conta disso, a ​antena ​pode ser 
considerada um ​dipolo elétrico​, cujo ​momento dipolar varia senoidalmente 
em módulo e sentido​ ao longo do eixo da sua estrutura. 
● Assim como o módulo e o sentido do momento dipolar elétbrico da antena variam, o 
módulo e sentido do campo elétrico produzido pelo momento dipolar também variam. 
● Além disso, a corrente elétrica varia com o tempo e portanto, ocorre variação do 
módulo e orientação do campo magnético, que é produzido pela corrente. 
○ o módulo e orientação do campo magnético e elétrico se propagam para longe 
da antena com a velocidade C da luz, formando uma onda eletromagnética de 
frequência angular igual a do oscilador LC. 
● Independente da forma de criação de uma onda, ela possui algumas propriedades que 
podem ser discutidas, como: 
○ Os campos elétrico e magnético são perpendiculares à direção de propagação 
da onda, caracterizando uma onda transversal. 
○ O campo elétrico é perpendicular ao campo magnético. 
○ O produto vetorial do campo elétrico x campo magnético aponta no sentido de 
propagação da onda. 
○ Os campos variam senoidalmente com a mesma frequência e estão em fase. 
● Os campos elétrico e magnético podem ser descritos através de funções senoidais da 
posição x e do tempo t. É importante ressaltar que cada campo, separadamente, 
constitui uma onda. Visto isso, podemos observar que uma onda eletromagnética 
possui uma componente elétrica e uma componente magnética, que não podem existir 
separadamente, sendo descritas pelas equações: 
○ E = Em sen(kx - wt) 
○ B = Bm sen(kx - wt) 
■ Em e Bm = amplitudes dos campos 
■ w = frequência angular 
■ k = número de onda 
● A velocidade de propagação de uma onda eletromagnética (símbolo = c) é dada w / k. 
○ O valor de c é aproximadamente 3,0 x 10^8 m/s. 
● Além disso, é possível relacionar a velocidade da onda com as amplitudes dos campos 
através da razão entre as amplitudes (c = Em / Bm). Devido às equações dos módulos 
dos campos e levando em conta a razão entre as amplitudes, os módulos dos campos 
podem se relacionar em qualquer instante e ponto do espaço, através da equação E / B 
= c. 
● Uma onda pode ser representada por um raio (reta orientada que mostra a direção de 
propagação da onda), por frentes de onda (superfícies imaginárias nas quais o campo 
elétrico tem o mesmo módulo) ou das 2 maneiras. As frentes de onda são separadas 
por um comprimento de onda = 2 pi / k 
 
TRANSPORTE DE ENERGIA E O VETOR DE POYNTING 
● Uma onda eletromagnética é capaz de transportar energia e fornecê-la a um corpo. O 
vetor S (coloca a flechinha em cima do S), chamado de vetor de Poynting, explica a 
taxa por unidade de área com a qual uma onda transporta energia (indica a direção de 
propagação da onda e a direção de transporte de energia). O vetor é definido pela 
equação: S (flecha em cima) = 1 / µ0 E (flecha em cima) x B (flecha em cima) 
● O vetor E e B, em uma onda, são mutuamente perpendiculares, portanto, o módulo de 
vetor E x vetor B é EB. A relação fixa entre E e B permite com que seja utilizada 
apenas 1 dessas grandezas, em que geralmente é utilizado E, pois os instrumentos que 
detectam ondas são sensíveis a componente elétrica da mesma. 
● O fluxo instantâneo de energia é dado pela equação S = 1 / c µ0 E^2. A média de S 
ao longo do tempo é conhecida como a intensidade (I) da onda, vista na fórmula 
como: 
 
● Também é possível definir uma nova grandeza: o valor médio quadrático do campo 
elétrico (Erms), como: Erms = Em / raiz quadrada de 2. A partir dessa nova grandeza, 
a intensidade pode ser descrita segundo a equação: 
 
● É relevante lembrar que a energia associada ao campo elétrico é igual a energia 
associada ao campo magnético. A variação da intensidade com a distância da radiação 
emitida por uma fonte pode ser difícil de ser calculada quando a fonte projeta a onda 
em uma certa direção. Ao admitir que a energia da onda é conservada enquanto ela se 
afasta da fonte de emissão, e pensando em uma superfície esférica r, toda energia 
emitida pela fonte deve passarpela superfície esférica, e a taxa de energia gerada 
nesse processo é igual à taxa de energia que foi emitida (é igual a potência Ps da 
fonte). A intensidade I da onda na superfície esférica é descrita como: 
 
PRESSÃO DA RADIAÇÃO 
● Pelo fato das ondas eletromagnéticas possuírem um momento linear, é possível 
exercer uma pequena pressão de radiação sobre um objeto, ao iluminá-lo. 
● Um objeto é exposto a um feixe de radiação por um intervalo de tempo DELTA T, e 
absorve toda radiação emitida, portanto, ele recebe uma energia da radiação DELTA 
U. O momento linear, em que há absorção total, é descrito como DELTA p = DELTA 
U / c (velocidade da luz), além disso, a radiação pode ser refletida no objeto e ser 
emitida novamente, e nesse caso, a incidência é perpendicular e o módulo da variação 
do momento é 2x maior. 
● A força por unidade de área exercida pela radiação é a pressão de radiação, que é 
representada em Pa (pascal), correspondendo a 1 N/m^2 
.