O espectro eletromagnético
O QUE É O ESPECTRO ELETROMAGNÉTICO
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m/s)
e podem ser originadas p...
O que significa modular uma onda?
Num sistema de transmissão de dados é necessário utilizar formas de inserir informações ...
Considerando freqüências mais elevadas do que as ondas de rádio, encontramos ondas
eletromagnéticas denominadas microondas...
 No instante (1) a molécula da água está alinhada com o campo elétrico da onda;
 No instante (2) o campo inverteu seu se...
RADIAÇÃO VISÍVEL
As ondas eletromagnéticas cujas freqüências estão compreendidas entre 4,6 x 1014
Hz e 6,7 x 1014
Hz
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RAIOS X
Esse tipo de radiação é constituído pelas ondas eletromagnéticas de freqüências superiores às
radiações ultraviole...
química é acionada por luz de raios X em vez de luz visível. Geralmente, os médicos deixam a imagem
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O Brasil está tentando entrar na área de preservação de alimentos por irradiação (ionização). O
desconhecimento do assunto...
4) “ cientistas descobriram que a exposição das células endoteliais à radiação dos telefones celulares pode afetar a rede ...
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  1. 1. O espectro eletromagnético O QUE É O ESPECTRO ELETROMAGNÉTICO Desde a época de Maxwell até nossos dias, houve um grande progresso nos conhecimentos relacionados com as ondas eletromagnéticas. Assim, sabemos atualmente que existem vários tipos dessas ondas, as quais, apesar de serem todas da mesma natureza (constituídas pelos campos elétricos ( E ) e magnéticos ( B ) que oscilam no tempo e se propagam no espaço) apresentam as vezes características bastante diferentes. De um modo geral, os diversos tipos de ondas eletromagnéticas diferem pelo valor de sua freqüência e, também, pela maneira como elas são produzidas, como descreveremos mais adiante. Na figura 2 estão representados os diversos tipos de ondas eletromagnéticas que são conhecidas. Observe que, conforme o valor da frequência, elas recebem denominações especiais: ondas de rádio, infravermelho, raios X etc. O conjunto de todos esses tipos de onda é denominado espectro eletromagnético. Portanto o que está representado na figura 2 nada mais é do que o espectro eletromagnético. Todas as ondas que
  2. 2. constituem o espectro eletromagnético propagam-se no vácuo a mesma velocidade (V = 3,0 x 108 m/s) e podem ser originadas pela aceleração de uma carga elétrica. Então, sempre que uma carga elétrica é acelerada, ela irradia um certo tipo de onda eletromagnética, o qual irá depender do valor da aceleração da carga. ONDAS DE RÁDIO Vemos na figura 2, que as ondas eletromagnéticas que apresentam freqüências mais baixas ( até cerca de 108 Hz, ou seja, milhões de vibrações por segundo!) constituem as ondas de rádio. Elas recebem essa denominação porque são usadas pelas estações de rádio para realizar as suas transmissões. Nessas estações existem circuitos elétricos especiais que provocam a oscilação dos elétrons na antena emissora. Estes elétrons, portanto, estão sendo continuamente acelerados e, por isso, emitem ondas de rádio que transportam as mensagens da estação. As ondas de rádio e as demais radiações eletromagnéticas se propagam muito mais rápido e têm alcance muito maior que as ondas sonoras. Quando estamos ouvindo um programa de rádio, o aparelho detecta ondas eletromagnéticas transmitidas pelas emissoras e as converte em ondas sonoras. Veremos a seguir algumas formas de transmissão. Amplitude modulada (AM): nessa forma de transmissão, uma onda portadora (aproximadamente na faixa de 600 a 1.600 KHz ) é modulada pelo sinal de áudio. Não fosse o sinal de áudio modulando essa onda, ela teria amplitude constante no decorrer do tempo e nenhuma informação seria transmitida. Ao receber a onda modulada, o aparelho receptor considera somente as modulações e as converte em sinal sonoro. Cada emissora dispõe de uma pequena faixa de freqüências em que pode transmitir suas ondas moduladas. Escolhendo a faixa de frequência no receptor, sintoniza a emissora desejada.
  3. 3. O que significa modular uma onda? Num sistema de transmissão de dados é necessário utilizar formas de inserir informações úteis em um sinal de radio frequência, chamado de onda portadora. Consequentemente a onda portadora cujas propriedades são mais convenientes ao meio de transmissão, é modificada para representar a mensagem a ser enviada. Estas formas de inserção de informação em um sinal são chamadas de modulação, e permite que esta informação seja transportada embutida nos parâmetros de amplitude, freqüência ou fase da portadora. Frequência modulada (FM): As ondas FM possuem freqüências nas faixas aproximadas de 90 MHz a 110 MHz. A emissora, em vez de transmitir sinais que provocam variações na amplitude da onda, modula a onda, provocando pequenas alterações nas freqüências. Uma vantagem da transmissão em FM é que obstáculos e variações atmosféricas afetam as amplitudes, mas não a frequência das ondas. Dessa forma, as transmissões em FM têm muito mais fidelidade em relação ao sinal original. Ondas de TV: as ondas de TV, com comprimento de onda compreendido entre 1 e 10 m e freqüências entre 107 e 108 Hz, apresentam uma grande vantagem nas transmissões, podendo ser utilizadas entre continentes por meio de satélites que transmitem os sinais. MICROONDAS
  4. 4. Considerando freqüências mais elevadas do que as ondas de rádio, encontramos ondas eletromagnéticas denominadas microondas. Estas ondas têm freqüências compreendidas entre 108 Hz e 1011 Hz como indica a figura 2. Atualmente as microondas são usadas amplamente, em quase todo mundo, em telecomunicações, transportando sinais de TV via satélite ou transmissões telefônicas, ligando países. As microondas também podem ser utilizadas para funcionamento de um radar. Uma fonte emite uma radiação que atinge um objeto e volta para o ponto onde a onda foi emitida. De acordo com a direção em que a radiação volta pode ser descoberta a localização do objeto que refletiu a onda. O forno de microondas é atualmente muito usado para cozinhar e aquecer alimentos. Isso ocorre porque suas microondas são absorvidas pelas moléculas de água existente nas substâncias. Os alimentos geralmente contêm certa porcentagem de água. A água é formada por moléculas polares, isto é, possuem pólos nos seus extremos, um positivo e outro negativo, conforme mostra a figura 7. As microondas na freqüência de 2,45 GHz carregam energia que pode ser fracamente absorvida por moléculas polares como da água, gorduras e açúcares, utilizando o fenômeno da ressonância. Moléculas polares são capazes de se alinhar com o campo elétrico das ondas. Como o campo muda de direção de acordo com a freqüência, cada molécula tende a acompanhar essas mudanças, arrastando moléculas vizinhas. Essa agitação resulta no aumento da energia cinética das moléculas e, como conseqüência, também ocorre o aumento da temperatura. A figura 2 mostra uma seqüência de variações de um campo elétrico e a tendência de uma molécula de água em acompanhar essa variação. Somente moléculas de água, gordura e açúcar entram em ressonância com as microondas. Isso significa que apenas os alimentos que contêm essas moléculas são aquecidos pelo forno. Então, o ar, os vasilhames de vidro, plástico ou outros materiais não são aquecidos, o que representa uma grande economia de energia. O ar e os vasilhames colocados no interior da câmara de cozimento se aquecem apenas por condução ou convecção através do alimento aquecido.
  5. 5.  No instante (1) a molécula da água está alinhada com o campo elétrico da onda;  No instante (2) o campo inverteu seu sentido e a molécula tende a girar;  No instante (3) a onda muda de sentido novamente e a molécula tende a acompanhar o campo. O processo se repete 2,45x109 vezes por segundo, acompanhando a freqüência da onda. RADIAÇÃO INFRAVERMELHA A região seguinte do espectro eletromagnético é constituída pelas radiações infravermelhas, que são ondas eletromagnéticas com frequência desde cerca de 1011 Hz até 1014 Hz. A radiação infravermelha é emitida em grande quantidade pelos átomos de um corpo aquecido, os quais se encontram em constante e intensa vibração. O calor que sentimos quando estamos próximos de um metal aquecido é, em grande parte, devido aos raios infravermelhos que são emitidos por esse metal e absorvidos por nosso corpo. Esse processo de transmissão de calor é denominado radiação térmica. A tecnologia infravermelha pode ser utilizada também para "enxergar" o perfil térmico do corpo humano. Na área da medicina a técnica pode ser utilizada para detectar possíveis lesões em atletas, pacientes e enfermos, produzindo diagnósticos de alta confiabilidade, pois é um exame totalmente indolor, não invasivo e sem risco algum para o paciente. Como todo e qualquer objeto, e ainda mais como um sistema vivo e termicamente regulado, o corpo humano irradia infravermelho de maneiras muito interessantes. E, justamente por se tratar de um sistema em equilíbrio, a irradiação de infravermelho pode fornecer uma série de informações complementares e de acompanhamento para o médico. Assim, e dependendo de cada situação, o médico poderá analisar a possível causa do aquecimento ou resfriamento de uma determinada área da pele. Estas regiões aparecem nos termogramas como áreas hiper ou hipotérmicas em diferentes graus e formas. Ela representa o que está acontecendo fisiologicamente com o paciente no momento do exame, havendo uma alteração anatômica ou não.
  6. 6. RADIAÇÃO VISÍVEL As ondas eletromagnéticas cujas freqüências estão compreendidas entre 4,6 x 1014 Hz e 6,7 x 1014 Hz constituem uma região do espectro eletromagnético de importância especial para nós. Estas radiações são capazes de estimular a visão humana; são as radiações luminosas (luz). Observe na figura 2, que as radiações luminosos constituem uma faixa muito pequena do espectro eletromagnético. Portanto, nossos olhos não são capazes de perceber a grande maioria das radiações integrantes desse espectro. As menores freqüências das radiações visíveis nos dão à sensação de vermelho. Aumentando a frequência das radiações, teremos, sucessivamente, as radiações correspondentes às cores laranja, amarelo, verde, azul, anil e, no final da região visível, a radiação violeta. Pode-se perceber, agora, que a denominação infravermelha foi usada porque as frequências desta radiação estão situadas logo abaixo da frequência correspondente à cor vermelha. RADIAÇÃO ULTRAVIOLETA As radiações eletromagnéticas com freqüências imediatamente superiores às da região visível são denominadas radiações ultravioleta. Essa denominação indica que as freqüências destas ondas são superiores à frequência da luz violeta. Observe na figura 2, que a região ultravioleta alcança freqüência de até 1018 hertz. Os raios ultravioletas são emitidos por átomos excitados como, por exemplo, as lâmpadas de vapor de Hg (acompanhando a emissão de luz). Como dissemos essas radiações não são visíveis, podendo danificar os tecidos do olho humano. Elas podem ser detectadas por outros processos como, por exemplo, ao impressionarem certos tipos de chapas fotográficas. A radiação ultravioleta, conhecida como UV, faz parte da luz solar que atinge o nosso planeta e é essencial para a preservação do calor e a existência da vida. No entanto, em função dos buracos na camada de ozônio, provocados pela nossa civilização, estamos expostos a esta radiação sem qualquer proteção. Sem a camada de ozônio, os raios UV podem causar queimaduras, fotoalergias, envelhecimento cutâneo e até o câncer de pele. A radiação UV que atinge a Terra se divide em radiação UVA e UVB (os raios UVC não atingem a Terra): Radiação UVA: Maior parte do espectro ultravioleta, a radiação UVA possui intensidade constante durante todo o ano, atingindo a pele praticamente da mesma forma durante o inverno ou o verão. Sua intensidade também não varia muito ao longo do dia, sendo pouco maior entre 10 e 16 horas que nos outros horários. Penetra profundamente na pele, sendo a principal responsável pelo fotoenvelhecimento. Tem importante participação nas fotoalergias e também predispõe a pele ao surgimento do câncer. A radiação UVA também está presente nas câmaras de bronzeamento artificial, em doses mais altas do que na radiação proveniente do sol. Radiação UVB: Sua incidência aumenta muito durante o verão, especialmente nos horários entre 10 e 16 horas quando a intensidade dos raios atinge seu máximo. Os raios UVB penetram superficialmente e causam as queimaduras solares. É a principal responsável pelas alterações celulares que predispõem ao câncer da pele.
  7. 7. RAIOS X Esse tipo de radiação é constituído pelas ondas eletromagnéticas de freqüências superiores às radiações ultravioletas. Os raios X foram descobertos em 1895 pelo físico alemão W. Rontgen, que recebeu o Prêmio Nobel de Física, em 1901, por essa descoberta. A denominação raios X foi usada por Rontgen porque ele desconhecia a natureza das radiações que acabava de descobrir (raios X = raios desconhecidos) Estes raios X podem ser produzidos em tubos apropriados (ampolas de raios X). Como mostrado na figura 10. A máquina de raios X O coração de uma máquina de raios X é um par de eletrodos, um cátodo e um ânodo, que ficam dentro de um tubo de vidro a vácuo. O cátodo é um filamento aquecido, A máquina passa corrente pelo filamento, aquecendo-o. O calor expulsa os elétrons da superfície do filamento. O ânodo positivamente carregado é um disco achatado feito de tungstênio, que atrai os elétrons através do tubo. A diferença de voltagem entre o cátodo e o ânodo é extremamente alta. . Ao atingirem o ânodo, os elétrons são bruscamente retardados, isto é, sofrem uma desaceleração muito intensa. Em virtude disto eles emitem ondas eletromagnéticas de alta frequência, situadas na faixa de frequência dos raios-X. Os raios X têm a propriedade de atravessar, com certa facilidade, os materiais de baixa densidade (como os músculos de uma pessoa) e ser mais bem absorvido por materiais de densidade mais elevada (como os ossos do corpo humano). Em virtude dessa propriedade, logo após sua descoberta os raios X passaram a ser amplamente usados para se obter as radiografias. Uma câmera no outro lado do paciente grava o padrão de raios X que passam através de seu corpo. A câmera de raios X usa a mesma tecnologia de filmes que uma câmera comum, mas a reação
  8. 8. química é acionada por luz de raios X em vez de luz visível. Geralmente, os médicos deixam a imagem no filme como um negativo. Isso quer dizer que as áreas que são expostas a mais luz ficam mais escuras e as áreas expostas a menos luz aparecem mais claras. É um pequeno detalhe da formação da imagem no filme, que depois de revelado fica mais claro onde recebeu menos raios X. O que você tem, então, é uma sombra invertida: onde deveria ficar escuro fica claro, e vice-versa. Se você pegar um filme fotográfico revelado, verá que isso também acontece lá, por isso o chamamos de negativo, o oposto da imagem. O princípio de funcionamento é o mesmo para os dois tipos de filme Modernamente os raios X encontram um campo muito vasto de aplicações além do seu emprego em fotografias. Assim eles são usados no tratamento de câncer na pesquisa de estrutura cristalina dos sólidos, na indústria e em quase todos os campos da ciência e da tecnologia. RAIOS GAMA ( RAIOS γ ) Finalmente vemos na figura 2 que as ondas eletromagnéticas que apresentam as freqüências mais altas conhecidas são os raios gama. Esta radiação é emitida pelos núcleos atômicos de elementos quando eles se desintegram. Estes elementos são denominados elementos radioativos. Um núcleo atômico ao se desintegrar pode emitir três tipos de radiações que são denominadas α, β e γ. Fazendo essas radiações passarem dentro de um campo elétrico, como mostra a figura 6, verifica- se que elas se separam. Os raios α desviando-se para um lado ( são partículas positivas), os raios β desviam-se para outro( são partículas negativas) e os raios γ não sofrem desvio, pois não são partículas eletrizadas e sim ondas eletromagnéticas de alta frequência. Os raios gama (do mesmo modo que os raios X) podem causar danos irreparáveis às células animais. Na explosão de uma arma nuclear (uma bomba atômica, por exemplo) há uma enorme emissão destas radiações, sendo esse, um dos motivos do grande perigo que tal tipo de arma representa para a humanidade. Por outro lado, existe também aplicações benéficas dos raios gama na esterilização de alimentos. A preservação de alimentos por irradiação consiste em sua exposição, embalado ou não, à radiação ionizante (radiação gama, raios-x ou feixe de elétrons). A tecnologia de preservação de alimentos por ionização em conseqüência de irradiação tem recebido uma crescente atenção de todo o mundo, junto com os métodos tradicionais de preservação de alimentos. As autoridades de vigilância sanitária e de segurança alimentar de 37 países, inclusive o Brasil, aprovaram a irradiação de vários tipos de alimentos, englobando especiarias, carne de frango, frutas e legumes.
  9. 9. O Brasil está tentando entrar na área de preservação de alimentos por irradiação (ionização). O desconhecimento do assunto leva à idéia errônea de que os alimentos "seriam contaminados pela irradiação" ou que ficariam radioativos, o que, em ambos os casos, se constitui num absurdo técnico e científico. Deve-se salientar que a preservação de alimentos por irradiação não é um "milagre" e não pode transformar alimento deteriorado em alimento de alta qualidade nem substitui processos de higiene. Além disso, esse tratamento pode não ser adequado para algum tipo de alimento, assim como outra técnica de preservação pode não ser adequada para algum tipo de alimento. Duas grandes vantagens podem ser destacadas: não altera a qualidade do alimento e não deixa resíduos tóxicos. Para Saber Mais: Os Alicerces da Física – Carlos Tadashi Shigekiyo, Kazuito Yamamoto, Luiz Filipe Fuke- Ed. Saraiva. Curso de Física: Antônio Máximo e beatriz Alvarenga- Ed. Scipione http://www.fisica.net http://br.geocities.com/saladefisica http://ciencia.hsw.uol.com.br http:// www.brasilescola.com Exercícios de aplicação 1) Em uma região do espaço existem campos elétricos e magnéticos variando com o tempo. Nessas condições pode-se dizer que nessa região: a) existem necessariamente cargas elétricas. b) quando o campo elétrico varia, são criadas cargas induzidas de mesmo valor absoluto, mas de sinais contrários. c) à variação do campo elétrico corresponde o aparecimento de um campo magnético. d) a variação do campo magnético só pode ser possível pela presença de ímãs móveis. e) o campo magnético variável pode atuar sobre uma carga em repouso, de modo a movimentá-la, independentemente da ação do campo elétrico. 2) A maneira de se representarem os vetores campo elétrico (E) e campo magnético (B), em relação à direção de propagação (x) de uma onda é: . 3) Analise as afirmativas abaixo e a seguir assinale a alternativa correta. I. Elétrons em movimento vibratório podem fazer surgir ondas de rádio e ondas d luz. II. Ondas de rádio e ondas de luz são ondas eletromagnéticas. III. Ondas de luz são ondas eletromagnéticas e ondas de rádio são mecânicas. a) Somente a I é verdadeira. b) Somente a II é verdadeira. c) Somente a III é verdadeira. d) Somente a I e a II são verdadeiras. e) Somente a I e a iii são verdadeiras.
  10. 10. 4) “ cientistas descobriram que a exposição das células endoteliais à radiação dos telefones celulares pode afetar a rede de proteção do cérebro. As microondas emitidas pelos celulares deflagram mudanças na estrutura das proteínas das células, permitindo a entrada de toxinas no cérebro”. (follha de S.Paulo, 25.7.2002). As microondas geradas pelos telefones celulares são ondas de mesma natureza que a: a) do som, mas de menor frequência. b) da luz, mas de menor frequência c) do som, e de mesma frequência d) da luz, mas de maior frequência. e) do som, mas de maior frequência 5) Analise as afirmativas abaixo relativas a diferentes ondas eletromagnéticas e indique qual é correta. a) No vácuo, a radiação ultravioleta propaga-se com velocidade maior que as microondas. b) no vácuo, a velocidade dos raios X é menor que a velocidade da luz azul. c) as ondas de rádio têm frequências maiores que a luz visível. d) os raios X e os raios γ têm frequências menores que a luz visível. e) a frequência da radiação infravermelha é menor que a frequência da luz verde 6) Considere as afirmações: I. Os raios X são radiações eletromagnéticas de frequência maior que a luz visível. II. As microondas são ondas eletromagnéticas que se propagam no ar, com velocidade maior que as ondas de rádio. III. Os campos elétricos e magnéticos em uma radiação ultravioleta vibram paralelamente À direção de propagação da radiação. a) Apenas a I é correta. b) Apenas a II é correta c) Apenas a III é correta d) Todas são falsas. e) Pelo menos duas são corretas

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