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Ondas eletromagnéticas e espectro eletromagnético

Aprenda como as ondas eletromagnéticas são formadas a partir da variação de campos elétricos e magnéticos. Compreenda o espectro eletromagnético, incluindo diferentes regiões, desde a luz visível até os raios gama e seus usos. Versão original criada por David SantoPietro.

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  • Avatar blobby green style do usuário thequeira
    Exemplos de Raio Gama seria uma bomba nuclear ? Pois sua frequência e tão alta que destroem o tecido molecular ? OUtra coisa a internet entra perto da frequência do radio ? Fico um pouco confuso quando leio alguns arquivos, visto que em alguns momentos falam em Hz e depois MhZ
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Transcrição de vídeo

RKA7MP - Se você tem uma carga elétrica positiva, você sabe que esta carga vai gerar, no espaço, um campo elétrico que aponta radialmente para fora, para a direção oposta, literalmente para fora, eu acho que é a melhor forma de descrever este campo elétrico. E você também sabe que se você tiver um fio, deixe-me desenhar um fio, sendo percorrido por uma corrente elétrica "i", a gente sabe que este fio vai gerar um campo magnético mais ou menos como isto aqui, lembrem-se da regra da mão direita, o campo seria mais ou menos isto. Mas, agora, alguma pessoa brilhante começou a perceber, lá pelos anos 1800, 1900, eles começaram a perceber que se você tem uma carga elétrica oscilando, você pode criar um campo magnético. E, também, para criar, desculpem, um campo elétrico, não necessariamente você precisa de uma carga mas você pode ter uma corrente elétrica oscilando. Vou escrever isso em palavras. Se eu tiver um campo elétrico, esse campo elétrico é "E", vou representar pela letra "E" vetor, que é um campo vetorial, e o campo magnético eu vou representar por "B" vetorial. Algumas pessoas começaram a perceber que se eu tiver um "E" oscilando, se eu tiver um campo elétrico oscilando, e quando eu digo oscilando, eu quero que vocês imaginem, por exemplo, como se esta partícula estivesse indo para cima e para baixo, bem rapidamente, neste movimento como se fosse um movimento harmônico simples, se eu tiver um "E" oscilando, isso vai gerar... deixa eu fazer esta seta um pouco mais abaixo, isso vai gerar um campo magnético "B". Só que aí, uma pessoa brilhante chamada James Clerk Maxwell, percebeu que se isso é verdade, se um campo elétrico oscilando gera um campo magnético, então, um campo magnético oscilando também deveria gerar um campo elétrico. E, realmente, é isso o que acontece. Se eu tenho um campo elétrico oscilando, eu gero um campo magnético. E, por consequência, quando eu tenho esse campo magnético oscilando, eu acabo gerando um campo elétrico, e eu fico nesse "ad infinitum" para sempre, sempre gerando um campo e gerando outro. E o Maxwell teve o brilhante "insight" de descobrir que isto se propaga em uma forma de onda, a maneira como estes dois campos se propagam pode ser descrita pelas teorias de onda. Só que a diferença é que esta onda, deixe-me deixar isto bem à mostra, só que a diferença é que esta onda tem alguma propriedade bizarra. Por exemplo, ela pode se propagar através do vácuo, ela não precisa de meio para se propagar. Porque, na verdade, ela não está carregando nada além de energia. As únicas coisas que estão oscilando nesta onda são o campo elétrico e o campo magnético. Ela não precisa de moléculas para se propagar, mas isto aqui é uma representação muito falha do que a onda eletromagnética é. E se vocês, um dia, se perguntarem o porquê do nome eletromagnética, é "eletro-", de campo elétrico, "-magnético", de campo magnético, e ainda tem a onda, porque ela se propaga como onda. Então, fica onda eletromagnética. Só que esta onda, eu fiz uma representação muito errada. Porque a onda de verdade seria mais ou menos assim. Assim. Aqui, o amarelo seria o "B", o campo magnético, enquanto o vermelho seria o campo elétrico. E, talvez, esta imagem seja um pouco estranha para vocês, mas imaginem que tenha um eixo, pode ser o eixo "x", se vocês preferirem, eu vou desenhar o eixo "x", talvez pareça que a onda vermelha esteja um pouco inclinada, só que, na verdade, não é isso, porque a onda eletromagnética é tão especial que ela se propaga, é uma onda que tem três dimensões, digamos assim, em que o campo magnético é perpendicular ao campo elétrico, que é perpendicular ao sentido de propagação. Só que eu ainda não falei do sentido de propagação. Para ajudar, eu vou desenhar os eixos. Imaginem que os eixos sejam mais ou menos isto: eu tenho um eixo "z", que é o eixo onde está o campo magnético, eu tenho também um eixo "y", que é o eixo onde está o campo elétrico. E eu tenho um eixo "x", onde está o meu sentido de propagação, a onda se propaga, vamos supor, nesta direção. E percebam que um campo é perpendicular ao outro, que é perpendicular ao sentido de propagação, ao sentindo em que a onda está se locomovendo. E agora, esta onda e também esta velocidade, a gente não pode esquecer que ela atinge uma velocidade incrível igual a "C". Para quem não se lembra, "C" é a velocidade da luz, que equivale a 3 vezes 10⁸ m/s, ou seja, é bem rápido. E, na verdade, esta onda também pode ter... deixa eu desenhar isso aqui perfeito, esta onda pode ter quase infinitas lambdas (λ) e infinitas frequências. Imaginem a frequência desta onda como o número de oscilações que vão acontecer em um intervalo de tempo, por exemplo, de 1 s, se for em hertz (Hz). Imaginem que eu tenho um ponto que vai para cima e para baixo muito rápido, e isso me dá a frequência desta onda. Já comprimento da onda é a distância entre as duas cristas da onda. E existe, agora, todo um conjunto de frequências e comprimentos de onda que esta onda pode assumir, e a gente chama isso de espectro eletromagnético. E é isso que eu quero mostrar para vocês agora. Deixe-me colocar mais para o lado aqui, e eu vou apagar isto para não atrapalhar o meu desenho. Imaginem que isto é uma linha pela qual eu vou representar o espectro eletromagnético. Quanto mais para a direita eu for, maior vai ser a frequência. E a frequência vai ser medida em hertz. Vocês também devem lembrar da equação de onda, em que v = λf, em que λ é comprimento de onda e "f" é a frequência. Eu quero que vocês pensem comigo, o que vai acontecer se a frequência aumentar? Se a frequência aumentar para esta velocidade ser constante, esta velocidade aqui é "c", e se é para a minha frequência aumentar e a velocidade ficar constante, o λ tem que diminuir. Então, no mesmo lado que eu tenho a maior frequência, eu tenho o menor λ, o menor comprimento de onda. E a mesma coisa serve para este lado. Eu tenho a menor frequência e o maior comprimento de onda. E vocês já ouviram falar no termo espectro da luz visível. A luz visível é uma onda eletromagnética, a luz é uma onda eletromagnética. Neste espectro, ela ficaria mais ou menos aqui. E isto ainda é um desenho muito exagerado, isto é o espectro da luz visível. E este espectro está muito exagerado. Só para vocês terem uma noção, a frequência da onda vermelha é de algo na ordem de 4 vezes 10¹⁴ hertz. Enquanto que a frequência da luz violeta, que é de maior frequência, é algo na ordem de 7,5 vezes 10¹⁴ hertz. Vocês podem pensar que a frequência é muito grande mas, na verdade, a frequência é grande e o comprimento de onda é muito pequeno. A gente, geralmente, usa o comprimento de onda medindo em metros. Só que, para o caso da luz, é tão pequeno que a gente usa um outro prefixo chamado nanômetro (nm), ou seja, a luz vermelha passa a ter um comprimento de onda... deixa eu desenhar aqui, um comprimento de onda de 750 nm, e a luz violeta passa a ter um comprimento de onda de 400 nm. E só para constar, 1 nm é igual a 10⁻⁹ m, ou seja, é muito pequeno. E além disso, a gente não tem só a luz visível aqui. Logo depois desta faixa, desta região em que a gente tem a luz visível, à direita, depois do violeta, nós temos o chamado ultravioleta. E este ultravioleta é muito perigoso para nós porque, como ele tem uma maior frequência do que o violeta, ele acaba sendo mais energético do que a luz visível, ou seja, ele é mais perigoso e pode causar diversas doenças como, por exemplo, câncer de pele e outros perigos deste tipo em questão. Por exemplo, os astronautas no espaço têm que se proteger, quando tem uma tempestade solar, destes raios de maior frequência que são os raios mais energéticos, porque eles são muito danosos à saúde humana. Depois do ultravioleta, nós temos uma outra faixa que são os chamados "raios X". São raios ainda mais energéticos do que os raios ultravioleta e, só para você terem uma noção de como eles são considerados perigosos, quando você vai tirar um raio-X, a pessoa que vai tirar o raio-X coloca você na mesa, arruma a máquina e, na hora de ativá-la, ela vai para trás de uma parede de chumbo para não ficar exposta a esses raios, porque ela se ela fosse lá todos os dias e ficasse exposta a esses Raios X, isso seria extremamente perigoso para a saúde dela. E ainda, aqui acima, nós temos os famosos raios gama. Aqui são os raios gama, os raios mais energéticos que existem. Se vocês se lembram de quadrinhos, se vocês gostam de quadrinhos, geralmente, os raios gama são os responsáveis por transformar qualquer pessoa em super-heróis. Na verdade, os raios gama, na vida real, são extremamente letais, extremamente energéticos, são os raios de maior frequência e maior energia. Agora, a gente já falou basicamente sobre o lado da direita, se a gente for para o lado da esquerda ou o lado de menor frequência, de maior comprimento de onda, a gente chega no infravermelho, aqui tem o infravermelho, logo à esquerdada luz vermelha. E, logo à esquerda, nós temos as microondas. teremos as microondas. As microondas são as responsáveis, por exemplo, por fazer o seu forno de microondas funcionar. Só para vocês terem noção, se eu não estou enganado, a ordem de grandeza do comprimento de onda das microondas é de algo na ordem de 1 m. É por isso que seu microondas tem aquela redinha na porta, porque a zona de microondas não consegue passar por aquela redinha. Mais à esquerda das microondas, nós temos as ondas de mais baixa frequência e maior comprimento de onda que são as ondas de rádio. E estas ondas são incríveis. Só para vocês terem uma noção, a revolução na astronomia, a qual aconteceu no último século, foi feita quando os cientistas começaram a utilizar estas outras ondas, incluindo ondas de rádio. A gente, hoje em dia, consegue usar ondas de rádio para ver, de certa forma, restos do Big Bang que, talvez, vocês entendam mais se vocês assistirem ao vídeo da Khan Academy sobre isso no curso de cosmologia. E, também, a revolução da astronomia se dá quando a gente usa toda esta gama do espectro eletromagnético, porque o universo, a parte dele que interage com a luz visível, é muito menor do que a parte que interage com rádio, microondas, infravermelho, ultravioleta, Raios X e raios gama. É por isso que é tão importante prestar atenção no espectro eletromagnético. Por hoje é só, e até a próxima, pessoal!