ONDAS ELETROMAGNÉTICAS
FÍSICA
As ondas são criadas a partir de uma interação entre campos de força; as ondas são pulsos energéticos que se propagam no espaço transportando energia. Elas podem ser de dois tipos: um campo elétrico e um campo magnético.
São exemplos dessas ondas eletromagnéticas:
- as ondas de rádio e TV
- Aparelhos celulares;
- Internet via satélite;
- Ultrassons;
- Micro-ondas (telecomunicaçṍes);
- Raios X ; (radiologia);
- Raios Gama (radioterapia)
- Ultravioleta (sol);
- Infravermelho ( fogo da lareira) etc...
1- Ondas mecânicas necessitam de um meio material para se propagar; e
2- Ondas eletromagnéticas propagam-se no vácuo.
3- Ondas são medidas por hertz(Hz), que equivale a uma oscilação por segundo.
3- Ondas são medidas por hertz(Hz), que equivale a uma oscilação por segundo.
As ondas eletromagnéticas foram descritas matematicamente pelo físico escocês James Clerk Maxwell no século XIX. Baseado nas equações dos cientistas: Coulomb, Ampere, Gauss e Faraday, deu as ondas eletromagnéticas uma nova visão e formando um conjunto de quatro equações que passaram a ser conhecidas como equações de Maxwell e são a base do eletromagnetismo e que demonstram a interação entre o campo elétrico e campo magnético e as suas relações com a voltagem e a corrente elétrica.
Maxwell também provou que a luz é uma onda eletromagnética e que todas as ondas eletromagnéticas se propagam no vácuo com a velocidade da luz (c = 3.108 m/s).
Maxwell também provou que a luz é uma onda eletromagnética e que todas as ondas eletromagnéticas se propagam no vácuo com a velocidade da luz (c = 3.108 m/s).
Propriedades das ondas eletromagnéticas
Independente da forma como as ondas sejam criadas, algumas propriedades podem ser observadas nas #ondas #eletromagnéticas:
Os campos elétrico e magnético são perpendiculares à direção de propagação da onda;
O campo elétrico é perpendicular ao campo magnético;
Os campos variam sempre na mesma frequência e estão em fase.
Observe na figura abaixo o comportamento dos campos elétrico e magnético nestas ondas:
A figura mostra a direção do campo magnético, do campo elétrico e da propagação da onda eletromagnética
Enquanto o campo magnético (B) se propaga na direção z, o campo elétrico (E) se propaga na direção y. Já a onda segue na direção x todas perpendiculares entre si.
As ondas eletromagnéticas, assim como todas as ondas, são caracterizadas por três grandezas, são elas:
Período: é o tempo que a onda leva para percorrer um ciclo;
Frequência: é o número de ciclos por unidade de tempo, sendo a unidade de medida mais conhecida o Hertz, que corresponde a um ciclo por segundo;
Fase: representa o avanço ou atraso da onda em relação ao ponto de origem.
O espectro eletromagnético
No espectro eletromagnético encontramos o intervalo completo de todos os comprimentos possíveis de uma onda de radiação eletromagnética.
Observe na figura o espectro eletromagnético: Nele estão representadas as ondas de rádio de grandes comprimentos de onda, e consequentemente baixas frequências, até os raios gama, que possuem altíssima energia e frequência.
http://rubenatureza.LINK>naoalimenteatitudesqueatraiamnegatividade
Observe na figura o espectro eletromagnético: Nele estão representadas as ondas de rádio de grandes comprimentos de onda, e consequentemente baixas frequências, até os raios gama, que possuem altíssima energia e frequência.
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FREQUENCIA
A frequência é uma grandeza física , representados por ciclos, voltas, oscilações e etc que indica o número de ocorrências de um evento em um determinado intervalo de tempo.
Alternativamente, podemos medir o tempo decorrido para uma oscilação. Esse tempo em particular recebe o nome de período (T).
Desse modo, a frequência é o inverso do período. Por exemplo:
se o coração de um bebê recém-nascido bate em uma frequência de 120 vezes por minuto, o seu período (intervalo entre os batimentos) é metade de um segundo.
Desse modo, a frequência é o inverso do período. Por exemplo:
se o coração de um bebê recém-nascido bate em uma frequência de 120 vezes por minuto, o seu período (intervalo entre os batimentos) é metade de um segundo.
SOM
Som é a propagação de uma frente de compressão mecânica ou onda mecânica; é uma onda longitudinal, que se propaga de forma circuncêntrica, apenas em meios materiais (que têm massa e elasticidade), como os sólidos, líquidos ou gasosos.
ONDA
Em física, uma onda é uma perturbação oscilante de alguma grandeza física no espaço e periódica no tempo. Fisicamente, uma onda é um pulso energético que se propaga através do espaço ou através de um meio (líquido, sólido ou gasoso), com velocidade definida.
A oscilação espacial é caracterizada pelo comprimento de onda e o tempo decorrido para uma oscilação e é medido pelo período da onda, que é o inverso da sua frequência. Estas duas grandezas estão relacionadas pela velocidade de propagação da onda.
Segundo alguns estudiosos e até agora observado, nada impede que uma onda magnética se propague no vácuo ou através da matéria, como é o caso das ondas eletromagnéticas no vácuo ou dos neutrinos através da matéria, onde as partículas do meio oscilam à volta de um ponto médio mas não se deslocam. Exceto pela radiação eletromagnética, e provavelmente as ondas gravitacionais, que podem se propagar através do vácuo, as ondas existem em um meio cuja deformação é capaz de produzir forças de restauração através das quais elas viajam e podem transferir energia de um lugar para outro sem que qualquer das partículas do meio seja deslocada; isto é, a onda não transporta matéria. Há, entretanto, oscilações sempre associadas ao meio de propagação.
AMPLITUDE
Amplitude é uma medida escalar negativa e positiva da magnitude de oscilação de uma onda.FASE
Representa o avanço ou atraso da onda em relação ao ponto de origem.
A Fase da Onda Eletromagnética é a característica mais importante da onda eletromagnética já que define a direção de propagação, através do gradiente da função eikonal, a frequência e também sua velocidade de propagação.
A onda eletromagnética é caracterizada por uma fase que possui dependência nas coordenadas espaciais e temporal, f = f(,t). Esta grandeza é a característica mais importante da onda eletromagnética já que define a direção de propagação, através do gradiente da função eikonal, a frequência e também sua velocidade de propagação. No presente capítulo vamos concentrar nossa atenção nos aspectos ligados à frequência e velocidade da onda, e como proceder para transmitir informações através dela.
VARREDURA DE FREQUÊNCIA
O efeito eletro-óptico é consequência de um processo não linear de segunda ordem que pode ocorrer em cristais que não possuem simetria de inversão. A geração de segundo harmônico é um efeito que também tem origem na não linearidade de segunda ordem. Entretanto, em cristais que possuem simetria de inversão estes efeitos não se manifestam, e a não linearidade de ordem mais baixa que pode ocorrer é a de terceira ordem. Meios do tipo Kerr se enquadram nesta classe de materiais; neles o índice de refração depende do quadrado do campo elétrico da luz (de sua intensidade), ao contrário do efeito eletro-óptico, que varia linearmente com o campo elétrico externo aplicado. A não linearidade Kerr pode ser expressa como:
n (I) = n0 + n2I ===> Onde n0 é o índice de refração na ausência de luz e n2 é denominado de índice de refração não linear. No caso em que a luz se constitui de pulsos curtos, o índice de refração dependerá do tempo devido à variação de I com t na eq. (5.42). Isto fará com que a frequência da luz se modifique de acordo com:
w = w0 - k0n2dI/dt
Se o pulso for do tipo gaussiano, sua derivada terá uma forma dispersiva e as frequências geradas variarão no tempo, como mostra a Fig. Por outro lado, um pulso curto tem associado a si um espectro de frequências com uma certa largura, como veremos posteriormente. Devido à dispersão normal do meio, as frequências correspondentes ao vermelho caminharão mais rapidamente e tentarão ficar na parte frontal do pulso (t < 0 na Fig. 5.12).
Variação da frequência devido ao efeito Kerr ao longo de um pulso de luz.
O tempo t = 0 corresponde ao centro do pulso.
Entretanto, devido à varredura de frequências, componentes azuis são geradas na frente do pulso, que nada mais é que uma re-distribuição de energia. Como consequência, a dispersão quer jogar as frequências menores (vermelho) para a parte frontal do pulso, enquanto que o efeito Kerr que jogar as frequências maiores (azul).
Na parte final do pulso ocorre o inverso: a dispersão joga as frequências maiores para a parte final do pulso, enquanto que o efeito Kerr joga as frequências menores (vermelho). Para uma intensidade convenientemente escolhida, um efeito cancela o outro e o pulso acaba se propagando sem dispersão. Este pulso que se propaga sem modificações recebe o nome de sóliton.
Na parte final do pulso ocorre o inverso: a dispersão joga as frequências maiores para a parte final do pulso, enquanto que o efeito Kerr joga as frequências menores (vermelho). Para uma intensidade convenientemente escolhida, um efeito cancela o outro e o pulso acaba se propagando sem dispersão. Este pulso que se propaga sem modificações recebe o nome de sóliton.
HARMÔNICA
Em acústica e telecomunicações, uma harmônica de uma onda é uma frequência componente do sinal que é um múltiplo inteiro da frequência fundamental.
Para uma onda senoidal (sinusoidal), ela é um múltiplo inteiro da frequência da onda.
Por exemplo: se a frequência é f, as harmônicas possuem as frequências 2f, 3f, 4f, etc.
Em termos musicais, as harmônicas são componentes de um tom harmônico cujo som é multiplicado por um número inteiro, ou adicionado com uma nota tocada em um instrumento musical.
Os múltiplos não-inteiros são chamados de sobretons desarmônicos ou sobretons inarmônicos ou interharmônicos.
São a amplitude e o posicionamento das harmônicas e parciais que conferem timbres diferentes para os instrumentos (apesar de não serem comumente detectados por um ouvido humano não treinado), e são as trajetórias separadas dos sobretons de dois instrumentos tocados em um intervalo que permitem a percepção de seus sons como separados.
Os sinos possuem parciais perceptíveis mais claramente do que a maioria dos instrumentos.
FREQUÊNCIA - #HERTZ
Freqüência de uma onda
Uma das características importantes de qualquer onda é a sua freqüência, o número de oscilações por unidade de tempo. A unidade mais comum usada internacionalmente para expressar a frequência de uma onda é o hertz, simbolizado por Hz, que equivale a uma oscilação por segundo.
Assim, por exemplo, dizer que a corda de um violino, colocada em vibração pelo músico, emite uma onda sonora de freqüência 440 Hz (lê-se 440 hertz), significa dizer que essa onda sonora produzida pelo instrumento realiza 440 oscilações a cada segundo.
A onda periódica é caracterizada por alguns elementos, que são:
Cristas: os pontos mais altos de uma onda são as cristas.
Vale: os pontos mais baixos de uma onda forma os vales.
Amplitude: é a distância da posição da corda em repouso a uma crista ou a um vale.
Comprimento de onda: é a distância entre duas cristas sucessivas ou dois vales sucessivos. Simbolizamos o comprimento de onda pela letra grega l.
Período: é o tempo gasto para produzir uma oscilação completa (um ciclo), ou seja, é o tempo em que a fonte gera um ciclo de subida e um de descida.
Freqüência: número de oscilações completas (ciclos) geradas por unidade de tempo (minuto, segundo etc.)
Em um mesmo meio de propagação, as ondas de maior comprimento terão a menor freqüência, e as de ondas de maior freqüência terão o menor comprimento de onda.
A amplitude e a freqüência de uma onda dependem do movimento que dá origem a essa onda (os movimentos que vibram a corda).
COMO RELACIONAR PERÍODO E #FREQUÊNCIA
Se um fonte produz um vale e uma crista a cada dois segundos, o intervalo de tempo para um ciclo completo é 2 segundos; portanto, o período é 2s. Nesse caso, quantas oscilações completas (uma crista mais um vale) são geradas a cada segundo?
A resposta é meia oscilação, ou meio ciclo, gerada a cada 1s.
Portanto, o número de oscilações por segundo ou freqüência é 0,5 oscilação em um segundo. Assim, se denominarmos o período de T, e a freqüência de f, no nosso exemplo, teremos T = 2s e f = 0,5 ciclo por segundo.
Na linguagem matemática: T=1/f ou f=1/T
No Sistema Internacional de Medidas (SI), a unidade do período é o segundo, e a unidade da freqüência é o ciclo por segundo, denominado hertz (Hz).
Quando ouvimos dizer que o processador de um computador é de 2,1 gigahertz, isso significa que ele processa 2,1 bilhões de informações por segundo. Quando afirmamos que a freqüência de uma estação de rádio é de 99,7 megahertz, estamos dizendo que a onda de rádio correspondente a essa estação possui 99,7 milhões de oscilações por segundo.
FORMATO E PROPAGAÇÃO DE FRENTE DE #ONDA
Frente de onda é a região do espaço que reúne todos os pontos da onda que estão em fase e a um mesmo número de comprimentos de onda da fonte. As frentes de onda podem ser chamadas de superfícies de onda.
As ondas bidimensionais e tridimensionais se classificam de acordo com as frentes de onda, podendo ser classificadas como planas ou esféricas.
O formato de uma frente de onda é visto como um plano nos casos em que a frente de onda está muito afastada da fonte emissora ou quando a onda é emitida por uma fonte grande/extensa.
O formato da frente de onda depende da natureza da onda emitida pela fonte.
1- Unidimensional: quando se propaga em apenas um meio, por exemplo, a propagação de uma onda em uma corda.
2- Bidimensional: quando se propaga em duas direções como, por exemplo, ao longo de uma superfície como a água. As ondas bidimensionais caracterizam-se como retas ou círculos, dependendo das frentes de onda.
3- Tridimensional: quando a onda se propaga no espaço, ou seja, em três direções como, por exemplo, as ondas que são produzidas pelas fontes sonoras e luminosas.
A direção de propagação de uma onda é sempre perpendicular à superfície de sua frente de onda. No caso das ondas geradas por uma fonte pontual, por exemplo, as frentes de onda são esferas e a onda se propaga radialmente. O raio da esfera é perpendicular à sua circunferência em cada ponto.
PRINCÍPIO DE HUYGENS
Christiaan Huygens (1629-1695), séc.XVII, propôs um método de representação de frentes de onda.
Fenômeno ondulatório refração e a difração.
1- Refração
O Princípio de Huygens, afirma que: Cada ponto de uma frente de onda pode ser considerado como uma fonte de ondas secundárias que se espalham em todas as direções com velocidade igual à velocidade de propagação da onda principal.
Para um dado instante, cada ponto da frente de onda comporta-se como fonte das ondas elementares de Huygens.
Podemos dizer que a frente de onda anterior é considerada como um gerador de uma nova frente de onda, ou ainda que a frente de onda separa a região "perturbada" da região não perturbada. Um exemplo básico é o som, onde até o instante em que as partículas de ar estão em repouso não se ouve nada, e só no momento que estas partículas são vibradas (uma frente de onda empurrando e gerando uma nova frente de onda) é que haverá a propagação do som (neste caso haverá propagação da energia e não da matéria).
2- Difração pelo método de Huygens
No caso das ondas eletromagnéticas, com a sua energia irradiada igualmente em todas as direções, haverá um determinado instante onde a fase da onda irradiada começará a se repetir em todos os pontos, começando uma nova frente de onda.
A partir deste princípio, é possível concluir que, em um meio homogêneo e com as mesmas características físicas em toda sua extensão, a frente de onda se desloca mantendo sua forma, desde que não haja obstáculos. O principio de Huygens pode ser visto como consequência da isotropia do espaço. Qualquer distúrbio criado em uma região suficientemente pequena de um espaço (ou meio) isotrópico se propaga desta região para todas as direções radiais.
As ondas criadas por esse distúrbio acabam criando distúrbios em outras regiões, e assim por diante.
A superposição de todas as ondas resulta no padrão observado da propagação da onda.
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