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Espectro electromagnético

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Page 1: Espectro electromagnético
Page 2: Espectro electromagnético

Índice

Índice…………………………………………. pág – 2

Introdução…………………………………….. pág – 3

Espectro electromagnético……………………. pág – 4

Constituição do espectro electromagnético…… pág – 5

Características principais das radiações……….. pág – 7

Cálculo da energia das radiações………………. pág – 10

Natureza ondulatória da luz……………………. pág – 11

Conclusão……………………………………… pág – 12

Bibliografia…………………………………….. pág – 13

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Introdução

A palavra espectro (do latim "Spectrum", que significa fantasma ou aparição)

foi usada por Isaac Newton, no século XVII, para descrever a faixa de cores que

apareceu quando numa experiência a luz do Sol atravessou um prisma de vidro,

dividindo a luz visível nas várias cores que a compõem. Assim sendo espectro

significa o conjunto de radiações emitidas por uma fonte de luz.

O nosso trabalho irá abordar o que se entende por espectro electromagnético, a

sua constituição, incluindo as principais características das radiações, e abordar

também a natureza ondulatória da luz.

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Espectro electromagnético

Ilustração 1 Raios do espectro electromagnético

Espectro electromagnético

Actualmente chama-se espectro electromagnético à faixa de frequências e

respectivos comprimentos de ondas que caracterizam os diversos tipos de ondas

electromagnéticas.

As ondas electromagnéticas no vácuo têm a mesma velocidade, sendo apenas diferente

a frequência e o comprimento de onda.

Simplificando o espectro electromagnético é o conjunto das radiações

electromagnéticas.

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Ondas electromagnéticas

As ondas electromagnéticas são uma combinação de um campo eléctrico e de um campo magnético que se propagam simultaneamente através do espaço á mesma velocidade e transportam energia (luz).

Exemplo de ondas electromagnéticas

Ilustração 2

Constituição do espectro electromagnético

Como anteriormente dito o espectro electromagnético é o conjunto das radiações

electromagnéticas. Logicamente a sua constituição é feitas por estas radiações, mas isto

leva-nos uma dúvida mas que radiações são essas? A resposta é simples e fácil: O

espectro electromagnético é constituído pelas seguintes radiações ordenadas por ordem

de energia decrescente – Raios Cósmicos - Raios Gama – Raios X – Raios Ultravioleta

– Luz Visível – Infravermelhos - Microondas – Ondas Hertzianas (ondas rádio e de

TV).

É de salientar ainda que quanto maior for a energia e a frequência menor será o

comprimento de onda, e vice-versa, quanto maior for o comprimento de onda menor

será a frequência e a energia de uma onda electromagnética.

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Ilustração 3 - Distribuição das radiações por ordem crescente de frequência

Ilustração 4- Distribuição das radiações por ordem crescente de comprimento de onda

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Principais radiações

Depois de se ter falado no espectro electromagnético, e da sua constituição nada

melhor que falar das características dos seus constituintes, de seguida serão

apresentadas as características principais de cada radiação.

Região do espectro electromagnético

Comprimento de onda (m)

Frequência (Hz)

Características

Raios Gama 10-10 a 10-13 1019 a 1021 Frequência e energia alta, comprimento

pequeno

Raios X 10-8 a 10-10 1017 a 1019

Raios Ultravioleta 10-7 a 10-8 1015 a 1017

Luz Visível 10-6 a 10-7 1015Única visível

aos olhos humanos

Infravermelho

Infravermelho curto

7x10-7 a 10-5

1011 a 1014

Frequências e energias baixas,

mas comprimento de

onda elevado

Infravermelho médio

10-5 a 6x10-5

Infravermelho longo

6x10-5 a 3x10-4

Microondas 10-1 a 10-3 1010 a 1011

Ondas de rádio

UHF 1 a 10-1 109 a 1010

VHF 10 a 1 108 a 109

SW 102 a 10 107 a 108

MW 103 a 102 106 a 107

LW 104 a 103 105 a 106

Nota: Estes valores são aproximados.

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A seguir será apresentada uma lista de imagens dos raios constituintes do

espectro electromagnético.

Ilustração 5

Ilustração 6

Ilustração 7

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Page 9: Espectro electromagnético

Ilustração 8

Ilustração 9

Ilustração 10

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Ilustração 11

Cálculo da energia das radiações

A expressão que traduz a relação entre a energia de uma radiação e a sua frequência

foi estabelecida por Max Planck e é dada por E = n h n, em que E traduz a energia da

radiação, n o número de partículas que constituem a radiação, fotões, pacotes

quantificados de energia, quanta, h a constante de Planck, que assume o valor de 6,626

x 10-34 Js e n a frequência da radiação, isto é, o número de ciclos por segundo.

Assim, a energia das radiações electromagnéticas está quantificada, sendo

directamente proporcional às respectivas frequências estando patente a dualidade onda -

partícula.

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Teoria ondulatória da luz

A teoria ondulatória da luz tem muito a ver com a noção intuitiva de onda

mecânica e, em especial, com a propagação de vibrações em meios fluidos como

o ar ou a água. Esta teoria foi concebida por Christian Huyghens, em 1678, tendo

em consideração a propagação da luz no vácuo, assumindo a existência de um

éter a permear o universo.

Uma coisa importante a referir é que o conceito de Huyghens sobre a teoria

ondulatória da luz era um pouco diferente da actual.

Sabemos hoje em dia que os choques entre partículas elementares, átomos e

moléculas, dão-se à distância, por menor que seja essa distância. Até mesmo os

fenómenos ondulatórios bem conhecidos exigem que alguma coisa passe de um

corpúsculo para outro. Mas no caso da luz como se propaga?

A luz propaga-se sob a forma de ondas electromagnéticas.

As ondas electromagnéticas são constituídas por campos eléctricos e magnéticos,

tendo assim a capacidade de se movimentar independentemente de existir ou não

matéria, outro facto interessante é que as ondas electromagnéticas propagam-se

em linha recta.

Ilustração 12 - Propagação de uma onda electromagnética

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Ld

P

Objecto y

S1

S2

S1

d

S2

d sen() Imagem no objecto y

Em 1801, Thomas Young realizou uma experiência que demonstrava a natureza

ondulatória da luz.

Ilustração 13 – Experiencia realizada por Tomas Young (1801)

Na sua experiência, um objecto x com duas fendas estreitas separadas por uma

distância d, são iluminadas por uma única fonte de luz. As duas fendas passam a

agir como duas fontes lineares de luz. A luz que se espalha destas fontes é

observada num objecto y colocado a uma distância L das fendas. O que se

observa no objecto y são uma sucessão de franjas claras e escuras semelhantes às

mostradas no esquema. O fenómeno é denominado interferência de ondas.

Mais tarde, em 1850, uma das experiências marcantes a dar o veredicto à teoria

ondulatória da luz foi realizada por Foucault, ao constatar que em meios

opticamente densos a luz propaga-se em velocidades menores do que no vácuo.

Mas actualmente sabe-se que num meio opticamente denso, a luz propaga-se na

mesma velocidade v com que entrou nesse meio, acontece que durante a

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passagem pelo meio opticamente denso, a luz vai ser alternadamente absorvida e

reemitida.

O apogeu da teoria ondulatória da luz coincidiu com a publicação, por James

Clerk Maxwell, de uma série de artigos (1855 a 1865). Durante a construção da

sua teoria electromagnética, Maxwell gradativamente foi convencendo-se da

existência de um hipotético éter electromagnético. Este éter seria o responsável

pela propagação da radiação como uma vibração de linha de força, Maxwell

refere-se a essa radiação, como propagação de ondulações num meio não

condutor, Maxwell deduz então uma fórmula que relaciona as propriedades

electromagnéticas definidas na sua teoria, com a velocidade de propagação

desses distúrbios electromagnéticos

Ao concluir a sua teoria, Maxwell tinha plena convicção de que o éter

electromagnético seria o mesmo éter luminífero das teorias óptico-ondulatórias

aceites na época, mas é importante ressaltar que as ondulações electromagnéticas

eram encaradas, como hipóteses. Só em 1888 as ondulações electromagnéticas é

que foram produzidas e detectadas por Heinrich Hertz.

Em resumo:

A luz propaga-se sob a forma de onda electromagnética e, graças a cientistas

como Huyghens, Young e Maxwell, hoje em dia sabemos que a luz se propaga

sob a forma ondas electromagnéticas sempre em linha recta, e que estas

consistem na oscilação de campos eléctricos e campos magnéticos

perpendiculares entre si, não precisando de matéria para se deslocarem.

É importante referir também que diferentes ondas podem ter comprimentos

diferentes, assim como a sua frequência e energia.

Quando se fala na luz não se pode também de deixar de referenciar alguns

fenómenos ópticos, como a refracção e a reflexão.

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Ocorre refracção da luz quando esta passa de um meio para o outro, sofrendo um

desvio na sua direcção e uma mudança de velocidade.

A luz sofre reflexão quando as ondas incidem em superfícies planas, ou

irregulares que estejam polidas. Em superfícies planas as ondas são reflectidas no

mesmo ângulo de incidência, ou seja voltam para o meio de onde vieram. (por

exemplo acontece isso quando estamos em frente a um espelho, a reflexão é feita

no mesmo ângulo de incidência, que permite ver a nossa imagem).

Quando a reflexão é feita em superfícies irregular as ondas incidentes são

reflectidas em vários ângulos (direcções), esta reflexão tem como vantagem por

exemplo permitir-nos ver o que nos rodeia.

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Conclusão

Após a realização do trabalho, foi-nos possivel verificar que o Universo é mágico!

Existem coisas impressionantes como o caso das radiações, que só uma pequena parte é que conseguimos ver sem aparelhos, é também impressionante o comprimento que podem atingir certas radiações.

Ao longo da realização deste trabalho foi nos possível aprender o que é o espectro electromagnético e porque se chama assim, as radiações que o constituem assim como a natureza ondulatória da luz.

Não foi um trabalho difícil de realizar apesar de ter dado um bom bocado de trabalho, a maior dificuldade encontrada foi a procura de informação sobre a natureza ondulatória.

Em suma apesar de algumas dificuldades envolvidas, foi bastante interessante fazer um trabalho sobre este tema, pois foi-nos permitido enriquecer os nossos conhecimentos.

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Bibliografia

Websites:

http://pt.wikipedia.org/wiki/Onda_electromagn%C3%A9tica

http://www.pop-rs.rnp.br/~berthold/etcom/teleproc-2000/Microondas/espectro.html

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http://pomathron.files.wordpress.com/2008/10/espectro.jpg

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http://www.on.br/site_edu_dist_2009/site/modulos/modulo_1/3-atmosferas/radiacao.html

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http://www.e-escola.pt/topico.asp?id=476&ordem=1

http://www.portalsaofrancisco.com.br/alfa/reflexao-da-luz/reflexao-da-luz.php

http://www.ecientificocultural.com/ECC2/artigos/polar03.htm

Outros:

Caderno Diário

Professora Filomena Rebelo

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