Introdução à Radiação

Eletromagnética

Prof. Dr. Renato M.E. Sabbatini

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Tópicos da Aula Matéria e energia: estrutura da matéria, o que é energia,

relação entre energia e matéria Radiação: definições básicas, radiação eletromagnética Ondas eletromagnéticas e suas propriedades Espectro eletromagnético Tipos de radiação Efeitos da radiação sobre a matéria: ionização Radiação ionizante x não ionizante Efeitos da radiação não ionizante sobre a matéria Energia do fóton e penetração na matéria Efeitos térmicos da radiação eletromagnética Efeitos não térmicos da radiação eletromagnética Fontes emissoras de radiação eletromagnética Lei do decréscimo da energia em função da distância

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A constituição elementar do mundo físico

MatériaEnergia

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Equivalência de matéria e energia E = m c 2

E = energiaM = massaC = velocidade da luz

C = 300.000 km/s no vácuo

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Estrutura da matéria

• Núcleo

• Prótons: carga positiva

• Nêutrons: carga neutra

• Nêutrons + Prótons = N.º de massa

• Eletrosfera

• Elétrons: carga negativa

• Carga total do átomo igual a zero

• Íon: átomo com um desbalanço de elétrons e prótons: carga total diferente de zero

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O que é energiaA capacidade de fazer a matéria mudar ou

se mover Energia potencial Energia cinética

Átomos ou partículas aceleradas Radioatividade

Energia térmica Energia eletromagnética

Ondas

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Energia a partir do átomo

Elétrons Pósitrons

NêutronPrótons + nêutrons

EnergiaEletromagnética= Fótons

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Geração de energia eletromagnética

1. Absorção de energia externa

2. Mudança do elétron para um orbital mais externo (instabilidade)

3. Retorno ao orbital mais interno, com emissão de um fóton

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Definições básicas

O termo radiação vem do latim RADIARE Fenômeno básico em que a energia se

propaga através do espaço, podendo ser interceptada pela matéria (átomos).

O termo irradiação vem do latim IN e RADIARE Interação entre a matéria e a energia

radiante.

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Propagação em ondas

•Onda é uma variação de uma grandeza física que se propaga no espaço a partir de um ponto (fonte), transmitindo energia de um lugar para outro.

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Onda eletromagnética

Uma carga elétrica em movimento (oscilação) gerauma onda eletromagnética

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Elementos de uma onda

d=Distânciav=Deslocamentoλ=Comprimento de ondaγ=Amplitude

d

V

Onda eletromagnética sinusoidal

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Classificação das Radiações

ORIGEM

NATUREZA

CÓSMICA

TERRESTREEXTERNA

INTERNANATURAL

ARTIFICIAL

ONDULATÓRIO

CORPUSCULAR

ELETROMAGNÉTICA

MECÂNICA

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Fontes naturais de ondas eletromagnéticas

O sol e as estrelas

Os planetas

A atmosfera

Qualquer corpoaquecido

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Fontes artificiais de ondas eletromagnéticas

Lâmpadas

Tubo de raios X

Antenas

Laser

MagnetronAcelerador linear

UVIRLuz

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Fontes artificiais de ondas eletromagnéticas

Motores e geradoreselétricos

Eletrodomésticos

Fiação elétricaCircuitos eletrônicose computadores

Transformadores

Celulares, telefone sem fio

Campos EletromagnéticosDISTÂNCIA

30 cm 1 m 1,5 mForno de micro-ondas 200 30 20Aspirador 200 50 10Liquidificador 100 10 1Secador de cabelos 70 10 1Ventilador de teto 50 6 1Copiadora 40 13 4Luz fluorescente 30 8 4Lavadora 30 6 0Refrigerador 20 10 10Ar condicionado 20 6 4TV a cores 20 8 4Monitor de vídeo 6 3 0Ferro de passar 3 0 0Aparelho de fax 2 0 0MAGNETISMO TERRA 500 500 500

EmMiligauss

EmmG

Grau de Exposição Diária

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Energia de um Campo Eletromagnético Energia: medida em ergs, joules ou

elétron-volts Potência: medida em watts Densidade de potência: potência

distribuída por área unitária. Medida em watts/cm2

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A Potência Diminui com o Quadrado da Distância da Fonte

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Potência de um Campo Eletromagnético em Função da Distância

Exemplo: estação rádio-base de telefonia celular

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Superposição de ondas

onda 1

Onda 2

Onda resultante

Quando duas ondas estão no mesmo lugar, o distúrbio resultante é a soma dos dois distúrbios individuais

Quando duas ondas estão no mesmo lugar, o distúrbio resultante é a soma dos dois distúrbios individuais

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Superposição de ondas

x

Interferência destrutiva: ondas fora de fase

Interferência construtiva: ondas em fase

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Espectro Eletromagnético

10-18

10-14

10-6

10-10

10-2

102

106

1.24.1012

1.24.108

1.24.104

1.24

1.24.10-4

1.24.10-8

1.24.10-12

GAMA

RAIOS CÓSMICOS

RADIAÇÕES IONIZANTES

RADIAÇÕES NÃO IONIZANTES

ULTRAVIOLETA

LUZ VISÍVELINFRAVERMELHO

RAIOS X

MICROONDAS, RADAR, TV

TV, ONDAS CURTAS, RÁDIO

COMPRIMENTO DE ONDA (METROS) ENERGIA (eV)

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Energia versus interação

• Todo tipo de radiação eletromagnética perde energia nas interações com a matéria

• Quanto maior a energia da radiação, mais interações é capaz de produzir, portanto maior o percurso até ser totalmente freada, ou seja, maior o alcance

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Classificação por efeito sobre a matéria Radiações ionizantes Radiações não-ionizantes

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Radiação Ionizante

Energia que, ao encontrar átomos pode produzir íons (átomos ionizados) através da retirada de elétrons de suas órbitas, resultando na formação de um par iônico - o elétron livre (-) e o restante do átomo (+)

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Radiação Ionizante

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Radiação Não Ionizante

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Micro-Ondas 300 MHz a 300 GHz Energia: 10 eV - insuficiente para

causar ionização com alterações teciduais.

Lesão: Calor local Térmica