5/28/2018 Espectro eletromagntico

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Espectro eletromagntico

Introduo:

O espectro (ou espetro) eletromagntico o intervalo completo de todas as possveis frequncias da radiaoeletromagntica. O Espectro Eletromagntico se estende desde frequncias abaixo das frequncias de baixa

frequncia at a radiao gama.O Espectro Eletromagntico muito usado em cincias como a Fsica e a Qumica, atravs da espectroscopia

possvel estudar e caracterizar materiais.

Descoberta:

Durante muito tempo, a luz era a nica parte conhecida do Espectro Eletromagntico. Os Gregos antigos tinham anoo de que a luz viajava a forma de linhas retas, chegando a estudar algumas de suas propriedades, que fazem

parte do que atualmente denominamos ptica geomtrica. Foi somente no sculo XVI e XVII que o estudo da luzpassou a gerar teorias conflitantes quando a sua natureza. A primeira descoberta de ondas eletromagnticas alm daluz foi em 1800, quando Wi liam Herschel descobriu a luz infravermelha.1 Em seu experimento, Herschel direcionou aluz solar atravs de um prisma, decompondo-a, e ento mediu a temperatura de cada cor. Ele descobriu que atemperatura aumentava do violeta para o vermelho, e que a temperatura mais alta se encontrava logo aps overmelho, numa regio em que nenhuma luz solar era visvel. No ano seguinte, Johann Wilhelm Ritter realizou estudosna outra ponta do espectro e percebeu a existncia do que ele chamou de "raios qumicos" (raios de luz invisveis que

provocavam reaes qumicas) que se comportavam de forma semelhante aos raios de luz violeta visveis, masestavam alm deles no espectro. O termo "raios qumicos" foi posteriormente renomeado radiao ultravioleta.

A radiao eletromagntica foi pela primeira vez relacionada com o eletromagnetismo em 1845, quando Michael

Faraday percebeu que a polarizao da luz viajando atravs de um material transparente respondia a um campomagntico (ver Efeito Faraday). Durante a dcada de 1860, James Maxwe l desenvolveu quatro equaesdiferenciais parciais para o campo eletromagntico. Duas dessas equaes previam a possibilidade, e ocomportamento, de ondas no campo. Analisando a velocidade dessas ondas tericas, Maxwe l descobriu que elasdeviam viajar a uma velocidade que semelhante a velocidade da luz, o que o levou a inferncia de que a prpria luzera uma onda eletromagntica. As equaes tambm previam um nmero infinito de frequncias de ondaseletromagnticas, todas viajando velocidade da luz. Esse foi o primeiro indcio da existncia que um espectroeletromagntico completo.

A previso de ondas de Maxwe l previa tambm ondas de frequncias muito baixas, quando comparadas aoinfravermelho. Na tentativa de provar as equaes de Maxwe l e detectar essas radiaes de baixa frequncia, em1886 o fsico Heinrich Hertz construiu um aparelho para gerar e detectar o que hoje chamamos de ondas de rdio.Hertz encontrou as ondas e foi capaz de inferir ( medindo seus comprimento e multiplicando por suas frequncias) queelas viajavam velocidade da luz. Hertz tambm demonstrou que a nova radiao poderia ser refletida e refratada, damesma forma que a luz.

Em 1895 Wilhelm Rntgen percebeu um novo tipo de radiao emitida durante um experimento com um tubo comvcuo sujeito alta voltagem. Ele chamou essa radiao de raios-x e descobriu que eles eram capazes de atravessar

partes do corpo humano mas eram refletidos ou parados por materiais densos, como os ossos, e passaram a seramplamente usados na medicina.

A ltima poro do espectro eletromagntico foi completado com a descoberta dos raios gama. Em 1900 PaulVi lard estava estudando as emisses radiativas do radium quando ele identificou um novo tipo de radiao que ele

primeiramente pensou se tratar de partculas semelhantes s conhecidas partculas alfa e beta, mas com a propriedadede serem bem mais penetrantes que ambas.

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Entretanto, em 1910 o fsico Wi liam Henry Bragg demonstrou que os raios gama eram uma radiao eletromagntica,e no partcula, e em 1914, Ernest Rutherford (que havia nomeado a radiao de raios gamas em 1903 quando

percebeu que eles eram fundamentalmente diferentes de partculas alfa e beta) e Edward Andrade mediram seuscomprimentos de onda e descobriram que os raios gama eram semelhantes ao raio-x, porm com comprimentosmenor e maior frequncia.

Espectro Eletromagntico

Extenso:

Ondas eletromagnticas so normalmente descritas por qualquer uma das seguintes propriedades fsicas: frequncia(), comprimento de onda (), ou por energia de foton (E). O comprimento de onda inversamente proporcional afrequncia da onda, a qual representa o nmeros de perodos existentes na unidade de tempo.2 Desta forma, raiosgama tem comprimentos do tamanho de fraes do tamanho de um tomo, enquanto o comprimento de ondas noextremo oposto do espectro podem ser to grandes quanto o universo. A energia de um foton diretamente

proporcional frequncia de onda, portanto os raios gama possuem a maior energia, enquanto ondas de rdiopossuem energias extremamente baixas.

Essas relaes so ilustradas pelas seguintes equaes:

Onde:

c = m/s a velocidade da luz no vcuo eh = (33) 10 J s = (10) 10 eV s a constante de Planck.

Numa onda harmnica o comprimento de onda, , e a frequncia, , no podem variar independentemente, masesto relacionadas por .

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Dada a frequncia ou o comprimento de onda, possvel classificar a onda dentro do {espetro eletromagntico} edeterminar as suas propriedades. O valor mximo dos campos determina a intensidade mas no a classificao noespetro.3

Em princpio, podem existir ondas eletromagnticas com qualquer valor de entre 0 e .

Alguns exemplos de ondas eletromagnticas so as ondas de rdio e de comunicaes mveis, as ondas usadas numforno de microondas para aquecer os alimentos, e a prpria luz. O que distingue uma dessas ondas da outra a suafrequncia, ou de forma equivalente, o seu comprimento de onda. A Figura acima mostra o espetro eletromagnticoidentificando algumas das ondas comuns.

Usualmente, a radiao eletromagntica produzida por um sistema no tem uma frequncia nica , como no casodas ondas harmnicas, mas uma sobreposio de ondas harmnicas com uma distribuio de frequncias particular.Por exemplo, a luz solar tem um espetro contnuo de frequncias na banda visvel, que pode ser separado por meiode um prisma.

Dentro de um meio diferente do vcuo, a constante de Coulomb na equao da velocidade da luz dever serdividida pela constante dieltrica do meio.

Isso conduz a uma velocidade da luz menor; por outro lado, no vidro a constante dieltrica diminui com o aumento dafrequncia e o ndice de refrao inversamente proporcional velocidade da luz. Assim o desvio da luz quandopassa por um prisma de vidro maior para a luz com maior frequncia (violeta) e menor para as diferentes cores. Aluz branca separada nas diferentes frequncias na passagem pelo prisma.3

Uma carga em repouso cria sua volta um campo que se estende at ao infinito. Se esta carga for acelerada haveruma variao do campo elctrico no tempo, que ir induzir um campo magntico tambm varivel no tempo (estesdois campos so perpendiculares entre si). Estes campos em conjunto constituem uma onda electromagntica (adireco de propagao da onda perpendicular s direces de vibrao dos campos que a constituem). Uma ondaelectromagntica propaga-se mesmo no vcuo.

Maxwe l concluiu que a luz visvel constituda por ondas electromagnticas, em tudo anlogas s restantes, com anica diferena na frequncia e comprimento de onda.

De acordo com a frequncia e comprimento de onda das ondas eletromagnticas pode-se definir um espectro comvrias zonas (podendo haver alguma sobreposio entre elas).

Interaes:

As interaes eletromagnticas interagem com a matria de diferentes formas ao longo do espectro. Os tipos deinteraes podem ser to diferentes que se pode referir a elas como diferentes tipos de radiaes. Ao mesmo tempo

h uma continuidade entre as diferentes radiaes. Por este motivo, dividimos o espectro baseado em suas diferentesinteraes com a matria.

Regio doEspectro

Principais Interaes com a Matria

RadioOscilaes coletivas de partculas (oscilao plasma). Um exemplo seria a oscilao de eltrons emuma antena.

Microondas Oscilao plasma, rotao molecular

Infravermelho Vibrao molecular, oscilao plasma (apenas em metais)

Visvel Excitao de eltron molecular, oscilao plasma (apenas em metais)

Ultravioleta Excitao molecular e de eltrons de valncia, incluindo ejees de eltrons (efeito fotoeltrico)

Raio-x Excitao e ejeo de eltrons, Efeito Compton (para nmeros atmicos baixos)

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Raios gama

Ejeo energtica de eltrons do tomo, Efeito Compton (para todos os nmeros atmicos),excitao do tomo do ncleo, incluindo dissociao do ncleo

Raios gama dealta energia

Criao de pares de partcula-antipartcula. Um nico foton de alta energia pode criar vriaspartculas de alta energia e antipartculas atravs da interao com a matria

Referncias:

1. Herschel Discovers Infrared Light(http://coolcosmos.ipac.caltech.edu/cosmic_classroom/classroom_activities/herschel_bio.html). Cool CosmosClassroom activities.

2. http://efisica.if.usp.br/eletricidade/basico/ondas/compr_onda_periodo_frequencia/3. a b [ Eletricidade e Magnetismo. Porto: Jaime E. Villate, 20 de maro de 2013. 221 pgs]. Creative Commons

Atribuio-Partilha (verso 3.0) ISBN 978-972-99396-2-4.4. http://en.w ikipedia.org/w iki/Electromagnetic_spectrum

http://coolcosmos.ipac.caltech.edu/cosmic_classroom/classroom_activities/herschel_bio.htmlhttp://coolcosmos.ipac.caltech.edu/cosmic_classroom/classroom_activities/herschel_bio.htmlhttp://efisica.if.usp.br/eletricidade/basico/ondas/compr_onda_periodo_frequencia/http://efisica.if.usp.br/eletricidade/basico/ondas/compr_onda_periodo_frequencia/http://en.wikipedia.org/wiki/Electromagnetic_spectrumhttp://en.wikipedia.org/wiki/Electromagnetic_spectrumhttp://en.wikipedia.org/wiki/Electromagnetic_spectrumhttp://efisica.if.usp.br/eletricidade/basico/ondas/compr_onda_periodo_frequencia/http://efisica.if.usp.br/eletricidade/basico/ondas/compr_onda_periodo_frequencia/http://coolcosmos.ipac.caltech.edu/cosmic_classroom/classroom_activities/herschel_bio.htmlhttp://coolcosmos.ipac.caltech.edu/cosmic_classroom/classroom_activities/herschel_bio.html