Ondas eletromagnéticas: o que são e como entendê-las?

No artigo de hoje, não apenas explicaremos o que são as ondas eletromagnéticas, mas também nos aprofundaremos em seus componentes físicos. Desta forma, você poderá conhecer as diferentes partes de uma onda e compreender melhor os conceitos básicos que encontramos no nosso dia a dia.

O que são ondas eletromagnéticas?

Ondas eletromagnéticas são perturbações ou variações periódicas de campos elétricos e magnéticos que se propagam pelo espaço. Estas ondas transportam energia de um lugar para outro sem a necessidade de um meio material, o que significa que podem viajar através do vácuo, razão pela qual as ondas de comunicação também podem viajar através do espaço.

As ondas eletromagnéticas estão presentes em quase todos os aspectos de nossas vidas em múltiplas formas. Da luz solar à internet. Eles são o pilar da maioria dos aspectos tecnológicos, por isso são tão importantes.

• Qualquer transmissão de informação por cabo (como fibra ótica) ou por via aérea (antenas de todos os tipos) é feita através de ondas eletromagnéticas, portanto a Internet, o telefone ou as comunicações por satélite são ondas eletromagnéticas.

• Rádio, TV, Wi-Fi, Bluetooth...

• Qualquer dispositivo que use lasers

• Raios X, ressonâncias magnéticas, tomografias computadorizadas... Mas NÃO ultrassonografias, pois são ultrassonografias e, embora seja um tipo de onda, não é uma onda eletromagnética. Certamente você estava pensando nisso agora, mas a resposta é: NÃO, uma máquina de ultrassom não funciona no espaço sideral.

• Microondas, placa de indução

• Qualquer dispositivo que utilize diferentes espectros de luz (raios X, gama, microondas, infravermelho, ultravioleta...)

• Qualquer tipo de radiação ionizante

• Radares

• Telescópios

• painéis solares

• Carregamento sem fio

A lista de aplicações é interminável, pois estão presentes em quase todos os itens tecnológicos.

Quando falamos em ondas eletromagnéticas, geralmente nos referimos àquelas ondas eletromagnéticas que são utilizadas para uma finalidade, como as descritas acima, mas indo para a descrição física mais precisa, é importante explicar que todo campo elétrico variável tem um campo magnético associado. campo e vice-versa.

Na prática, isto indica que, por exemplo, cada corrente eléctrica que varia gera um campo magnético (como a electricidade que viaja através de um fio), e que cada campo magnético que varia gera um campo eléctrico (como um íman que se move dentro de um circuito).

Exemplos:

• Um cabo elétrico de corrente alternada gera constantemente um campo magnético ao redor do cabo. Neste caso o campo magnético não tem utilidade, mas existe e está aí, por isso se chama corrente elétrica embora seja na verdade uma corrente eletromagnética.

• Um ímã que movemos através de uma bobina de cabo gera um campo elétrico com o qual podemos acender uma lâmpada, por exemplo (um exercício prático comum em disciplinas de física nas universidades). Como o princípio se aplica a campos móveis, a lâmpada só acenderá enquanto movermos o ímã e, se permanecer imóvel, a lâmpada se apagará.

Esses princípios estão descritos na Lei de Faraday-Lenz, que por sua vez é uma das 4 equações de Maxwell que explicam todos os fenômenos eletromagnéticos.

Quais são as equações de Maxwell?

As equações de Maxwell são um conjunto de quatro equações fundamentais que descrevem como os campos elétricos e magnéticos interagem entre si e com a matéria. Essas equações formam a base da teoria clássica do eletromagnetismo e são essenciais para a compreensão dos fenômenos elétricos, magnéticos e ópticos.

As equações de Maxwell unificaram os campos eléctricos e magnéticos numa única teoria coerente e previram a existência de ondas electromagnéticas (como a luz), que se propagam à velocidade da luz. Estas equações também demonstraram que a luz é uma onda eletromagnética, revolucionando assim a nossa compreensão da natureza da luz e estabelecendo as bases para muitas tecnologias modernas.

A teoria sobre a natureza da luz será assunto de um artigo separado no futuro, uma vez que é bastante extensa.

Originalmente havia 20 equações, mas finalmente foram resumidas em 4. As equações de Maxwell são baseadas no trabalho de Gauss, Faraday, Lenz, Ampère e do próprio Maxwell.

1. Lei do campo elétrico de Gauss.

Esta equação afirma que o fluxo do campo elétrico através de uma superfície fechada é proporcional à carga elétrica total dentro dessa superfície. É uma forma matemática de expressar que as cargas elétricas são as fontes dos campos elétricos. Isto significa, na prática, que o campo eléctrico diverge das cargas positivas e converge para as cargas negativas.

2. Lei do campo magnético de Gauss

Esta equação indica que o fluxo do campo magnético através de qualquer superfície fechada é zero. Isto implica que não existem monopolos magnéticos; Ou seja, as linhas do campo magnético estão sempre fechadas, sem começo nem fim. Isto significa que o campo magnético não tem fontes nem sumidouros, o que significa que os pólos magnéticos vêm sempre aos pares (norte e sul) e que se um pólo magnético for isolado, o campo magnético deixa de existir.

Esta regra diz que você não pode ter um único pólo magnético. Os campos magnéticos sempre saem de um lado e entram no outro, como as linhas invisíveis que unem os pólos norte e sul de um ímã. Não importa se você divide um ímã em dois, ele se reajusta automaticamente para ainda ter 2 pólos diferentes.

3. Lei de Faraday-Lenz da indução eletromagnética

Esta equação descreve como um campo magnético variável no tempo gera um campo elétrico. É a base para o funcionamento de transformadores e geradores elétricos. Isso significa que um campo magnético variável induz um campo elétrico e vice-versa.

Um exemplo disso são os carregadores sem fio, que geram um campo magnético no carregador, que é recebido pelo celular. Como todo campo magnético tem um campo elétrico associado, essa propriedade é utilizada para extrair o campo elétrico e carregar a bateria com ele. .

4. Lei de Ampère-Maxwell

Esta equação mostra que um campo magnético pode ser gerado tanto por uma corrente elétrica quanto por um campo elétrico variante no tempo. Maxwell adicionou o termo de deslocamento para corrigir a lei de Ampère, permitindo que as equações fossem consistentes mesmo no vácuo.

Esta regra é importante para entender como funcionam coisas como eletroímãs. Quando a eletricidade passa por um fio, ela cria um campo magnético que pode ser usado para levantar coisas pesadas.

Como as ondas eletromagnéticas são representadas?

Quando representamos uma onda eletromagnética em um gráfico, representamos suas propriedades de uma forma que pode ser interpretada e utilizada para compreender a onda ou fazer cálculos necessários para algum propósito.

Ao representar a onda eletromagnética, no eixo X (horizontal) colocaremos sempre a componente de tempo, e no eixo Y a amplitude (tensão) da onda eletromagnética.

Olhando a imagem, temos a representação de uma onda eletromagnética que assume valores entre 2 e -2 ao longo do tempo.

Com isto podemos agora falar sobre os componentes ou partes de uma onda.

Frequência e período: Esses componentes são inversos um do outro, o que significa que se você tem um, você tem o outro. A frequência é o período elevado a -1 e vice-versa. A onda é medida em Hertz (Hz) e o período em segundos (s).