O que é um espectro eletromagnético

O espectro ou espectro eletromagnético é o intervalo completo de todas as possíveis frequências da radiação eletromagnética. O espectro se estende desde as ondas de baixa frequência - as ondas de rádio, por exemplo - até as de mais alta frequência, como as da radiação gama.

Imagine que no ar existam ondas como as ondas do mar. Estas ondas são formadas pela combinação dos campos elétrico e magnético que se propagam perpendicularmente um em relação ao outro.

Veja este excelente vídeo produzido pela NASA que explica tudo de forma bem simples.

Durante muito tempo, a luz era a única parte conhecida do espectro eletromagnético. Os gregos antigos tinham a noção de que a luz viajava a forma de linhas retas, chegando a estudar algumas de suas propriedades, que fazem parte do que atualmente denominamos óptica geométrica. Foi somente nos séculos XVI e XVII que o estudo da luz passou a gerar teorias conflitantes quanto a sua natureza.

A primeira descoberta de ondas eletromagnéticas além da luz ocorreu em 1800, quando William Herschel descobriu a radiação infravermelha. Em seu experimento, Herschel direcionou a luz solar através de um prisma, decompondo-a, e então mediu a temperatura de cada cor. Ele descobriu que a temperatura aumentava do violeta para o vermelho, e que a temperatura mais alta se encontrava logo após o vermelho, numa região em que nenhuma luz solar era visível.

No ano seguinte, Johann Wilhelm Ritter realizou estudos na outra ponta do espectro visível e percebeu a existência do que ele chamou de "raios químicos" (raios de luz invisíveis que provocavam reações químicas), que se comportavam de forma semelhante aos raios de luz violeta visíveis, mas que estavam além deles no espectro. O termo "raios químicos" foi posteriormente renomeado radiação ultravioleta.

A radiação eletromagnética foi pela primeira vez relacionada com o eletromagnetismo em 1845, quando Michael Faraday percebeu que a direção de polarização da luz que passava por um material transparente respondia a um campo magnético. Esse fenômeno foi mais tarde denominado Efeito Faraday. Durante a década de 1860, James Maxwell mostrou que, a partir das equações de Maxwell, era possível encontrar uma equação de onda para descrever a propagação do campo elétrico e outra para o campo magnético. Analisando a velocidade dessas ondas do ponto de vista teórico, Maxwell descobriu que elas deviam viajar à velocidade da luz, o que o levou a inferir que a própria luz deveria ser uma onda eletromagnética.

As equações também previam um número infinito de frequências para as ondas eletromagnéticas, todas elas viajando à velocidade da luz. Esse foi o primeiro indício da existência que um espectro eletromagnético completo.

A previsão de ondas de Maxwell previa também ondas de frequências muito baixas, quando comparadas ao infravermelho. Na tentativa de provar as equações de Maxwell e detectar essas radiações de baixa frequência, em 1886 o físico Heinrich Hertz construiu um aparelho para gerar e detectar o que hoje chamamos de ondas de rádio. Hertz encontrou as ondas e foi capaz de inferir, medindo seu comprimento e frequência, que elas viajavam à velocidade da luz. Hertz também demonstrou que a nova radiação poderia ser refletida e refratada, da mesma forma que a luz.

Em 1895 Wilhelm Röntgen percebeu um novo tipo de radiação emitida durante um experimento com um tubo com vácuo sujeito à alta voltagem. Ele chamou essa radiação de raios-x e descobriu que eles eram capazes de atravessar partes do corpo humano mas eram refletidos ou parados por materiais densos, como os ossos, e passaram a ser amplamente usados na medicina.

A última porção do espectro eletromagnético foi completado com a descoberta dos raios gama. Em 1900 Paul Villard estava estudando as emissões radiativas do radium quando ele identificou um novo tipo de radiação que ele primeiramente pensou se tratar de partículas semelhantes às conhecidas partículas alfa e beta, mas com a propriedade de serem bem mais penetrantes que ambas.

Entretanto, em 1910 o físico William Henry Bragg demonstrou que os raios gama eram uma radiação eletromagnética, e não partícula, e em 1914, Ernest Rutherford (que havia nomeado a radiação de raios gamas em 1903 quando percebeu que eles eram fundamentalmente diferentes de partículas alfa e beta) e Edward Andrade mediram seus comprimentos de onda e descobriram que os raios gama eram semelhantes ao raio-x, porém com comprimentos menor e maior frequência.

=== . NASA - Documentário sobre Espectro Eletromagnético

. https://pt.wikipedia.org/wiki/Espectro_eletromagn%C3%A9tico

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Espectro eletromagnético é uma escala de radiações eletromagnéticas. Nele estão representados os 7 tipos de ondas eletromagnéticas: ondas de rádio, micro-ondas, infravermelho, luz visível, ultravioleta, raios x e raios gama.

As ondas se propagam à velocidade da luz e, com exceção da luz visível, são todas invisíveis a olho nu.

Para que Serve e Como é Utilizado?

O espectro eletromagnético mede as ondas eletromagnéticas. Elas têm a mesma velocidade, mas diferem em frequência e em comprimento.

Essa mediação é feita através das faixas do espectro, que indicam a distribuição da intensidade do eletromagnetismo.

Frequência e Comprimento das Ondas Eletromagnéticas

O espectro é colorido porque cada uma das ondas oferece a sensação de uma cor, cores essas que estão associadas às suas frequências.

Desse modo, as ondas mais longas localizam-se mais próximo do vermelho. Por sua vez, quanto menor, mais perto do azul.

As ondas que têm a frequência mais baixa são as mais longas. As ondas que têm a frequência mais alta são as mais curtas.

As ondas de rádio ficam numa das extremidades do espectro e são as que têm a frequência mais baixa e o comprimento mais longo.

Micro-ondas

Logo a seguir às ondas de rádio, localizam-se as micro-ondas, as quais continuam com frequências baixas e menos compridas do que as ondas de rádio.

Infravermelho

Já mais ao centro do espectro, o infravermelho localiza-se ao lado da luz visível. Assim, apesar de não poder ser visto a olho nu, o infravermelho pode ser visto através de equipamentos.

Luz Visível

A luz visível, tal como o nome indica, é a única onda eletromagnética que pode ser vista a olho nu.

Raios Ultravioleta

Do outro lado da luz visível localizam-se os raios ultravioleta. Apesar de não ser visível, os seus efeitos podem ser sentido. É o que acontece quando nos expomos ao sol.

Raios x

Na sequência dos raios ultravioleta, estão os raios x, os quais também são invisíveis ao olho humano.

Raios Gama

Na outra extremidade do espectro localizam-se as ondas que têm a frequência maior e o menor comprimento, os raios gama.

Saiba tudo sobre Ondas Eletromagnéticas.

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.

Veja também: Curiosidades incríveis sobre os tipos de radiação eletromagnética

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.

Veja também: A verdade por trás de cinco mitos da física nos quais você provavelmente acreditou

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.