24: Ondas eletromagnéticas
- Page ID
- 195162
\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)
É importante notar desde o início que o fenômeno geral das ondas eletromagnéticas foi previsto pela teoria antes de se perceber que a luz é uma forma de onda eletromagnética. A previsão foi feita por James Clerk Maxwell em meados do século XIX, quando ele formulou uma única teoria combinando todos os efeitos elétricos e magnéticos conhecidos pelos cientistas na época. “Ondas eletromagnéticas” foi o nome que ele deu aos fenômenos que sua teoria previu.
- 24.0: Prelúdio às ondas eletromagnéticas
- Ainda mais intrigante é que todos esses fenômenos amplamente variados são manifestações diferentes da mesma coisa: ondas eletromagnéticas. (Veja a Figura 2.) O que são ondas eletromagnéticas? Como eles são criados e como viajam? Como podemos entender e organizar suas propriedades amplamente variadas? Qual é a relação deles com os efeitos elétricos e magnéticos? Essas e outras questões serão exploradas.
- 24.1: Equações de Maxwell - Ondas eletromagnéticas previstas e observadas
- As ondas eletromagnéticas consistem em campos elétricos e magnéticos oscilantes e se propagam à velocidade da luz\(c\). Eles foram previstos por Maxwell, que também mostrou que\[c = \frac{1}{\sqrt{\mu_{0} \epsilon_{0}}},\] onde\(mu_{0}\) está a permeabilidade do espaço livre e\(\epsilon_{0}\) está a permitividade do espaço livre. A previsão de ondas eletromagnéticas de Maxwell resultou da formulação de uma teoria completa e simétrica da eletricidade e do magnetismo, conhecida como equações de Maxwell.
- 24.2: Produção de ondas eletromagnéticas
- As ondas eletromagnéticas são criadas por cargas oscilantes (que irradiam sempre que aceleradas) e têm a mesma frequência da oscilação. Como os campos elétrico e magnético na maioria das ondas eletromagnéticas são perpendiculares à direção em que a onda se move, normalmente é uma onda transversal. As forças das partes elétrica e magnética da onda estão relacionadas, o\[\frac{E}{B} = c,\] que implica que o campo magnético\(B\) é muito fraco em relação ao campo elétrico\(E\).
- 24.3: O espectro eletromagnético
- Neste módulo, examinamos como as ondas eletromagnéticas são classificadas em categorias como rádio, infravermelho, ultravioleta e assim por diante, para que possamos entender algumas de suas semelhanças e algumas de suas diferenças. Também descobriremos que há muitas conexões com tópicos discutidos anteriormente, como comprimento de onda e ressonância.
- 24.4: Energia em ondas eletromagnéticas
- A energia transportada por qualquer onda é proporcional ao quadrado de sua amplitude. Para ondas eletromagnéticas, isso significa que a intensidade pode ser expressa como\[I_{ave} = \frac{c \epsilon_{0} E_{0}^{2}}{2},\] onde\(I_{ave}\) está a intensidade média em\(W/m^{2}\) e\(E_{0}\) é a intensidade máxima do campo elétrico de uma onda senoidal contínua. Isso também pode ser expresso em termos da intensidade máxima do campo magnético e em termos de campos elétricos e magnéticos.