ESPECTRO ELETROMAGNÉTICO: CARACTERÍSTICAS, BANDAS, APLICAÇÕES - FISICA - 2025

O espectro eletromagnético consiste no arranjo ordenado de todos os comprimentos de onda das ondas eletromagnéticas, que assumem qualquer valor positivo, sem qualquer restrição. É dividido em 7 seções, incluindo a luz visível.

Estamos familiarizados com as frequências da luz visível quando vemos o arco-íris, em que cada cor corresponde a um comprimento de onda diferente: o vermelho é o mais longo e o violeta o mais curto.

Espectro eletromagnético. Observe que a frequência (e com ela a energia) aumenta da esquerda para a direita neste esquema. André Oliva / Domínio público

O alcance da luz visível ocupa apenas uma área muito curta do espectro. As outras regiões, que não podemos ver, são ondas de rádio, microondas, infravermelho, ultravioleta, raios X e raios gama.

As regiões não foram descobertas ao mesmo tempo, mas em momentos diferentes. Por exemplo, a existência de ondas de rádio foi prevista em 1867 por James Clerk Maxwell e anos depois, em 1887, Heinrich Hertz as produziu pela primeira vez em seu laboratório, por isso são chamadas de ondas hertzianas.

Todos são capazes de interagir com a matéria, mas de maneiras diferentes, dependendo da energia que carregam. Por outro lado, as diferentes regiões do espectro eletromagnético não são definidas de forma precisa, porque na verdade os limites são confusos.

Bandas

Faixas do espectro eletromagnético. Tatoute e Phrood / CC BY-SA (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/)

As fronteiras entre as diferentes regiões do espectro eletromagnético são bastante confusas. Estas não são divisões naturais; na verdade, o espectro é um continuum.

No entanto, a separação em bandas ou zonas serve para caracterizar convenientemente o espectro de acordo com suas propriedades. Começaremos nossa descrição com ondas de rádio, cujos comprimentos de onda são mais longos.

Ondas de rádio

As frequências mais baixas têm uma faixa em torno de 10 ⁴ Hz, que por sua vez correspondem aos maiores comprimentos de onda, normalmente o tamanho de um edifício. As rádios AM, FM e da banda do cidadão utilizam ondas nesta faixa, assim como as emissões de televisão em VHF e UHF.

Para fins de comunicação, as ondas de rádio foram usadas pela primeira vez por volta de 1890, quando Guglielmo Marconi inventou o rádio.

Como a frequência das ondas de rádio é mais baixa, elas não têm efeitos ionizantes na matéria. Isso significa que as ondas de rádio não têm energia suficiente para ejetar elétrons das moléculas, mas aumentam a temperatura dos objetos, aumentando a vibração das moléculas.

Forno de micro-ondas

O comprimento de onda das microondas é da ordem de centímetros e elas também foram detectadas pela primeira vez por Heinrich Hertz.

Eles têm energia suficiente para aquecer os alimentos, os quais, em maior ou menor grau, contêm água. A água é uma molécula polar, o que significa que embora seja eletricamente neutra, as cargas negativas e positivas estão ligeiramente separadas, formando um dipolo elétrico.

Quando as microondas, que são campos eletromagnéticos, atingem um dipolo, elas produzem torques que os fazem girar para alinhá-los com o campo. O movimento se traduz em energia que se espalha pelos alimentos e tem o efeito de aquecê-los.

Infravermelho

Esta parte do espectro eletromagnético foi descoberta por William Herschel no início do século 19 e tem uma frequência mais baixa do que a luz visível, mas mais alta do que as microondas.

O comprimento de onda do espectro infravermelho (abaixo do vermelho) é comparável à ponta de uma agulha, portanto, é uma radiação mais energética do que as microondas.

Grande parte da radiação solar vem nessas frequências. Qualquer objeto emite uma certa quantidade de radiação infravermelha, especialmente se estiver quente, como fogões de cozinha e animais de sangue quente. É invisível para as pessoas, mas alguns predadores distinguem a emissão infravermelha de suas presas, dando-lhes uma vantagem na caça.

Visível

É a parte do espectro que podemos detectar com nossos olhos, entre 400 e 700 nanômetros (1 nanômetro, a abreviatura nm é 1 × 10 ^-9 m) de comprimento de onda.

A luz branca contém uma mistura de todos os comprimentos de onda, que podemos ver separadamente quando passados ​​por um prisma. As gotas de chuva nas nuvens às vezes se comportam como prismas, então podemos ver as cores do arco-íris.

As cores do arco-íris representam diferentes comprimentos de onda da luz visível. Fonte: Pixabay.

Os comprimentos de onda das cores que vemos, em nanômetros, são:

-Vermelho: 700-620

-Laranja: 620-600

-Amarelo: 600-580

-Verde: 580–490

-Azul: 490-450

-Violet: 450-400

Ultravioleta

É uma região mais energética que a luz visível, com comprimentos de onda além do violeta, ou seja, maiores que 450 nm.

Não podemos ver, mas a radiação que vem do Sol é muito abundante. E como tem energia maior que a parte visível, essa radiação interage muito mais com a matéria, causando danos a muitas moléculas de importância biológica.

Os raios ultravioleta foram descobertos logo após os raios infravermelhos, embora no início fossem chamados de "raios químicos", porque reagem com substâncias como o cloreto de prata.

Raios-X

Eles foram descobertos por Wilhelm Roentgen em 1895 enquanto fazia experiências com elétrons em aceleração (raios catódicos) direcionados a um alvo. Incapaz de explicar de onde vieram, ele os chamou de raios-X.

É uma radiação altamente energética com comprimento de onda comparável ao tamanho do átomo, capaz de passar por corpos opacos e produzir imagens como os raios-X.

As radiografias são obtidas por meio de raios-X: Fonte: Pixabay.

Por terem mais energia, podem interagir com a matéria extraindo elétrons das moléculas, por isso são conhecidos pelo nome de radiação ionizante.

Raios gama

Esta é a radiação mais energética de todas, com comprimentos de onda da ordem de um núcleo atômico. Ocorre com frequência na natureza, pois é emitida por elementos radioativos conforme eles decaem para núcleos mais estáveis.

No universo existem fontes de raios gama em explosões de supernovas, bem como objetos misteriosos entre os quais pulsares, buracos negros e estrelas de nêutrons.

A atmosfera terrestre protege o planeta dessas radiações altamente ionizantes que vêm do universo e, devido à sua alta energia, têm um efeito nocivo no tecido biológico.

Formulários

-As ondas de rádio ou radiofrequências são utilizadas em telecomunicações, porque são capazes de transportar informações. Também para fins terapêuticos, para aquecer tecidos e melhorar a textura da pele.

-Para obter imagens de ressonância magnética, também são necessárias radiofrequências. Na astronomia, os radiotelescópios os usam para estudar a estrutura dos objetos celestes.

- Os telefones celulares e a televisão por satélite são duas aplicações das microondas. O radar é outro aplicativo importante. Além disso, todo o universo está imerso em uma radiação de fundo de micro-ondas, proveniente do Big Bang, sendo a detecção da referida radiação de fundo a melhor prova a favor dessa teoria.

O radar emite um pulso em direção a um objeto, que dispersa a energia em todas as direções, mas parte dela é refletida, trazendo informações sobre a localização do objeto. Fonte: Wikimedia Commons.

-A luz visível é necessária, pois nos permite interagir de forma eficaz com nosso ambiente.

-Os raios X têm múltiplas aplicações como ferramenta de diagnóstico na medicina e também a nível da ciência dos materiais, para determinar as características de muitas substâncias.

-A radiação gama de diferentes fontes é usada como tratamento para o câncer, bem como para esterilizar alimentos.

Referências

1. Giambattista, A. 2010. Física. Segunda edição. McGraw Hill.
2. Giancoli, D. 2006. Física: Princípios com Aplicações. 6º. Ed Prentice Hall.
3. Rex, A. 2011. Fundamentals of Physics. Pearson.
4. Serway, R. 2019. Physics for Science and Engineering. 10º. Edição. Volume 2. Cengage.
5. Shipman, J. 2009. An Introduction to Physical Science. Décima segunda edição. Brooks / Cole, Edições Cengage.