Espectro eletromagnético: características, bandas, aplicações

Espectro eletromagnético: características, bandas, aplicações

O espectro eletromagnético consiste no arranjo ordenado de todos os comprimentos de onda das ondas eletromagnéticas, que assumem qualquer valor positivo, sem nenhuma restrição. É dividido em 7 seções, incluindo 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: vermelho é o mais longo e violeta é o mais curto.

O alcance da luz visível mal ocupa 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, razão pela qual são chamadas 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 nitidamente, porque, de fato, os limites são confusos.

Bandas

Os limites entre as diferentes regiões do espectro eletromagnético são bastante confusos. Não se trata de divisões naturais; de fato, 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 maiores.

Ondas de rádio

As frequências mais baixas têm um alcance em torno de 10 4 Hz, que por sua vez corresponde aos comprimentos de onda mais longos, geralmente do tamanho de um edifício. As rádios AM, FM e banda cidadã usam ondas nessa faixa, bem como transmissões de televisão VHF e UHF.

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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 carecem de energia suficiente para ejetar elétrons das moléculas, mas aumentam a temperatura dos objetos aumentando a vibração das moléculas.

Microondas

O comprimento de onda do microondas é da ordem de centímetros e eles também foram detectados 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 são ligeiramente separadas, formando um dipolo elétrico.

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

Infravermelho

Essa parte do espectro eletromagnético foi descoberta por William Herschel no início de 1800 e tem uma frequência mais baixa que a da luz visível, mas maior que a das microondas.

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

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

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Visível

É a parte do espectro que podemos detectar com nossos olhos, entre 400 e 700 nanômetros (1 nanômetro, nm abreviado 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. Às vezes, as gotas de água das nuvens se comportam como prismas e é por isso que podemos ver as cores do arco-íris.

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

-Violeta: 450–400

Ultravioleta

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

Não podemos vê-lo, mas a radiação que vem do sol é muito abundante. E, como possui mais energia 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 o infravermelho, embora fossem originalmente chamados de “raios químicos” porque reagem com substâncias como o cloreto de prata.

Raios-X

Wilhelm Roentgen os descobriu em 1895 enquanto experimentava acelerando elétrons (raios catódicos) direcionados a um alvo. Incapaz de explicar de onde eles 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 nas radiografias.

Como eles têm mais energia, eles podem interagir com a matéria extraindo elétrons das moléculas, portanto, são conhecidos como radiação ionizante.

Raios gama

Esta é a radiação mais energética de todas, com comprimentos de onda da ordem de um núcleo atômico. Ocorre frequentemente na natureza, pois é emitido por elementos radioativos à medida que decaem para núcleos mais estáveis.

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

A atmosfera da Terra protege o planeta dessas radiações altamente ionizantes que provêm do universo e que, devido à sua grande energia, têm um efeito prejudicial no tecido biológico.

Formulários

– Ondas de rádio ou frequências de rádio são usadas nas telecomunicações, porque são capazes de transportar informações. Também para fins terapêuticos, para aquecer os tecidos e melhorar a textura da pele.

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

Os telefones celulares e a televisão por satélite são duas aplicações de microondas. Radar é outra aplicação importante. Além disso, todo o universo está imerso em um fundo de radiação de microondas do Big Bang, sendo a detecção da referida radiação de fundo o melhor teste a favor dessa teoria.

A luz visível é necessária, pois nos permite interagir efetivamente com o meio ambiente.

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

A radiação gama de diferentes fontes é usada como tratamento para o câncer, assim como para esterilizar os 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. Fundamentos de Física. Pearson.
  4. Serway, R. 2019. Física para Ciência e Engenharia. 10o. Edição. Volume 2. Cengage.
  5. Shipman, J. 2009. Uma Introdução à Ciência Física. Décima segunda edição. Brooks / Cole, Edições Cengage.

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