16: Ondas eletromagnéticas
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Neste capítulo, explicamos a teoria de Maxwell e mostramos como ela leva à sua previsão de ondas eletromagnéticas. Usamos sua teoria para examinar o que são ondas eletromagnéticas, como elas são produzidas e como elas transportam energia e momento. Concluímos resumindo algumas das muitas aplicações práticas das ondas eletromagnéticas.
- 16.1: Prelúdio às ondas eletromagnéticas
- A teoria previu o fenômeno geral das ondas eletromagnéticas antes que alguém percebesse que a luz é uma forma de onda eletromagnética. Em meados do século XIX, James Clerk Maxwell formulou uma única teoria combinando todos os efeitos elétricos e magnéticos conhecidos na época. As equações de Maxwell, resumindo essa teoria, previram a existência de ondas eletromagnéticas que viajam à velocidade da luz. Sua teoria também previu como essas ondas se comportam e carregam energia e impulso.
- 16.2: Equações de Maxwell e ondas eletromagnéticas
- James Clerk Maxwell (1831—1879) foi um dos maiores contribuintes para a física no século XIX. Embora tenha morrido jovem, ele fez grandes contribuições para o desenvolvimento da teoria cinética dos gases, para a compreensão da visão de cores e para a natureza dos anéis de Saturno. Ele é mais conhecido por ter combinado o conhecimento existente das leis da eletricidade e do magnetismo com seus próprios insights sobre uma teoria eletromagnética completa e abrangente, representada pelas equações de Maxwell.
- 16.3: Ondas eletromagnéticas planas
- As ondas mecânicas viajam por um meio, como uma corda, água ou ar. Talvez a previsão mais significativa das equações de Maxwell seja a existência de campos elétricos e magnéticos (ou eletromagnéticos) combinados que se propagam pelo espaço como ondas eletromagnéticas. Como as equações de Maxwell se mantêm no espaço livre, as ondas eletromagnéticas previstas, diferentemente das ondas mecânicas, não precisam de um meio para sua propagação.
- 16.4: Energia transportada por ondas eletromagnéticas
- As ondas eletromagnéticas trazem energia para um sistema em virtude de seus campos elétricos e magnéticos. Esses campos podem exercer forças e mover cargas no sistema e, assim, trabalhar neles. No entanto, há energia na própria onda eletromagnética, seja ela absorvida ou não. Uma vez criados, os campos transportam energia para longe de uma fonte. Se alguma energia for absorvida posteriormente, as intensidades do campo diminuirão e tudo o que sobrar será acionado.
- 16.5: Momento e pressão de radiação
- Objetos materiais consistem em partículas carregadas. Uma onda eletromagnética incidente no objeto exerce forças sobre as partículas carregadas, de acordo com a força de Lorentz. Essas forças funcionam nas partículas do objeto, aumentando sua energia, conforme discutido na seção anterior. A energia que a luz solar carrega é uma parte familiar de cada dia quente e ensolarado.
- 16.6: O espectro eletromagnético
- As ondas eletromagnéticas têm uma vasta gama de aplicações práticas diárias que incluem usos tão diversos, como comunicação por telefone celular e transmissão de rádio, Wi-Fi, culinária, visão, imagens médicas e tratamento de câncer. Neste módulo, discutimos como as ondas eletromagnéticas são classificadas em categorias como rádio, infravermelho, ultravioleta e assim por diante. Também resumimos algumas das principais aplicações de cada faixa.