Eletromagnetismo II

IMAGEM 01 - Acervo Ludus Schola

A energia contida nas ondas eletromagnéticas vem sendo aproveitada pelo homem principalmente no setor das comunicações: rádio, televisão, radar, telefonia. Com o auxílio de satélites artificiais, as mensagens já podem ignorar distâncias e obstáculos. Sejam observadas, captadas ou apenas percebidas indiretamente, as ondas eletromagnéticas representam um marco fundamental da era tecnológica, ampliando significativamente os horizontes do saber e do progresso.

 

Para ver, ouvir, curar e matar: as ondas

As ondas descobertas por Hertz propagam-se com a velocidade de – 300 000 quilômetros por segundo, a mesma da velocidade da luz. Quando Edouard Branly conseguiu construir um aparelho de detectar a presença das ondas hertzianas, começou a era da radiocomunicação.

Em 1895, Alexandre Popov demonstrava perante a Sociedade Física da então São Petersburgo servindo-se do aparelho de Branly que se podiam detectar e registrar as descargas elétricas ou seja, ondas eletromagnéticas produzidas por um temporal longínquo. Acreditando que era possível captar “perturbações eletromagnéticas” de gênero igual, a comunicação seria possível percorrendo longas distâncias, praticamente de forma instantânea. Em julho de 1896, Marconi produzia tais “perturbações”.

Em 1903 reunia-se em Berlim a primeira conferência radiotelegráfica internacional. Inicialmente, as nações aplicaram o invento à segurança marítima. Depois, ocuparam-se em usá-lo para fins militares. Só posteriormente pensaram em transmitir informações e cultura, nacional e internacionalmente. Regulamentou-se entre as nações, a divisão de “ondas”, pois a sendo sua quantidade e difusão altamente limitada.

As ondas de rádio ocupam uma faixa de frequências que vai de 10 kc/s a 3.000.000 de mc/s. Acima de 300 000 mc/s, as ondas tornam-se tão sensíveis que até a chuva dificulta a sua recepção.

Quando a frequência das ondas é muito inferior, abaixo de 30 kc/s (VLF), são conhecidas como ondas miriamétricas. Seguem-se lhes as ondas longas – de 10 000 m a 1.000 m, ou de baixa frequência (LF) – de 30 kc/s a 300 kc/s. Propagam-se ao longo da superfície terrestre em linhas diretas e são favorecidas nas partes mais densas da atmosfera, próximas à Terra. Por isso, são indicadas para transmissões a longa distância, mas neste caso exigem um transmissor muito potente, pois se difundem em todas as direções a partir da antena e perdem energia durante o trajeto até o receptor. Servem também em comunicações entre aeronaves em voo.

As ondas médias (MF), de 1000 m a 100 m ou com frequências de 300 kc/s a 3.000 kc/s, tendem também a manter-se perto da superfície da Terra. Nesta faixa estão situadas as transmissões de rádio destinadas à recepção local. Observando o dial do rádio, notaremos que nossas estações operam numa faixa que se estende aproximadamente dos 500 kc/s a 1600 kc/s de frequência.

IMAGEM 02 - Acervo Ludus Schola

As ondas curtas (HF), de 100 m a 10 m, tem alta frequência: de 3 m/c a 30 m/c. são usadas em comunicações intercontinentais transoceânicas. Partem da antena transmissora em linha reta, afastando-se da superfície terrestre, e são recebidas de volta graças ao fenômeno de reflexão, causado pelo choque com as camadas da ionosfera – que é a parte da atmosfera constituída de íons, ou partículas eletricamente carregadas. Essas camadas ficam entre 100 e 500 km de altura e não são estáveis: mudam de intensidade e altura continuamente e são afetadas por partículas emitidas pelo Sol. É por causa disso que, às vezes, a comunicação por ondas curtas de rádio é impossível, embora normalmente elas possam cobrir grandes distâncias e inclusive ser captada após várias voltas ao redor da Terra, numa sequência de reflexões na ionosfera e na superfície terrestre. Mas a densidade da ionosfera varia menos à noite que durante o dia – daí a melhor recepção dessas ondas no período noturno. Captadas por um conversor térmico, produzem altas temperaturas em pouco tempo. Por isso, são também usadas na indústria para secar tecidos, colar madeira e temperar o aço.

IMAGEM 03 - Acervo Ludus Schola

Representação esquemática da propagação dos diferentes tipos de ondas hertzianas. As ondas longas e médias tendem a ficar próximas à superfície terrestre, pois se propagam ao longo dela. As ondas curtas caminham em linha reta até atingir a ionosfera, onde são refletidas de volta. As ultracurtas, não sofrendo reflexão, perdem-se no espaço.

Ondas de frequência muito alta – VHF (very high frequency) – situam-se entre 10 m e 1 m ou 30 mc/s a 300 mc/s. Estas ondas usadas pela televisão não sofrem reflexão na atmosfera é só se propagam em linha reta. Suas propriedades se aproximam das da luz visível: quanto maior a frequência, mais são absorvidas por obstáculos. Isso explica porque o raio de alcance da maioria das estações de televisão é de apenas 250 ou 300 km. Como as ondas VHF são muito curtas, podem ser facilmente absorvidas ou refletidas por obstáculos como morros ou edifícios altos no caminho entre a torre de TV e a antena receptora colocada no teto de uma casa: as ondas VHF caminham em linha reta e não podem desviar-se das barreiras naturais ou artificiais.

Ondas de frequência ultra alta – UHF (ultra high frequency) situam-se entre 1 me 10 cm ou 300 mc/s a 3000 mc/s. As ondas UHF têm propriedades semelhantes às VHF. São usadas em retransmissões de televisão e comunicações telefônicas de longa distância, com o auxílio de torres retransmissoras.

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Microndas – SHF – situam-se entre 10 cm e 1 mm ou 3 000 mc/s para mais de 300 000 mc/s. Usadas em radar, em telefonia internacional e também em retransmissão de TV, por meio de conexões nas quais se empregam ondas de cerca de 3 cm. Com comprimento tão reduzido, as microndas podem ser emitidas num feixe estreito por meio de uma antena especial. A antena transmissora é dirigida diretamente à antena receptora, que por sua vez transmite novamente para mais longe. Com esse sistema, a Euro visão é capaz de transmitir programas de TV de Moscou a Londres. Como conexão, também se pode recorrer a um satélite artificial – tipo “Telstar” – que, ao receber as ondas, aumenta sua potência e as retransmite.

Um radar é um transmissor giratório que emite um feixe de ondas em linha reta. Encontrando pela frente um avião, por exemplo, parte do feixe é refletida e volta à antena receptora. O tempo entre a emissão e a recepção pode ser medido com exatidão; e, como se conhece a velocidade das ondas (300 000 quilômetros por segundo), é fácil calcular a distância entre o avião e a estação de radar. A direção apontada pela antena receptora, quando capta as ondas refletidas, dá a direção da aeronave. O radar é indispensável em navios e aviões, por permitir viagens seguras com pouca visibilidade (à noite, com nevoeiro, em tempestades, etc.).

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 Radiação infravermelha

 

Depois da luz vermelha, com comprimento de onda de 0,8 micra (milésimos de mm) até 1 mm, existe uma radiação somente sentida pelo calor que emite. É a radiação infravermelha, produzida em grande quantidade por todos os corpos quentes, como o Sol, o ferro de passar roupa, o aquecedor elétrico. Os raios infravermelhos de comprimento de onda mais curto podem ser captados por chapas fotográficas especiais. Além disso, certos instrumentos são usados em mísseis ou foguetes antiaéreos para captar a radiação originada nos quentes tubos de exaustão dos aviões e foguetes inimigos. Após determinar a fonte de radiação, o míssil equipado com tais instrumentos podem ser apontado para ela a fim de destruí-la.

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Nossos olhos são sensíveis apenas às ondas eletromagnéticas que têm comprimento de onda entre 0,8 e 0,4 micra. Nos extremos dessa faixa estão as radiações responsáveis pela cor violeta e vermelha. E, entre esses dois limites, ficam todas as demais cores do espectro visível.

 

Luz ultravioleta: perigo

 

Abaixo de 0,4 micra, as ondas eletromagnéticas se tornam invisíveis. Mas o filme fotográfico, muito sensível, as registra. Um excesso de luz ultravioleta é perigoso porque danifica as células do organismo humano. A maior fonte produtora de luz ultravioleta é o Sol, mas boa parte das ondas se perde na atmosfera superior, antes de atingir a superfície terrestre. Mas a luz ultravioleta pode ser obtida artificialmente também, usando-se uma lâmpada de vapor de mercúrio. As ondas ultravioletas mais curtas têm um comprimento de onda de cerca de 1 milionésimo de milímetro ou 100 angstrom.

IMAGEM 07 - Acervo Ludus Schola. 

Esquema de um tubo para a produção de raios X. Com a passagem da corrente elétrica, do cátodo partem elétrons que na metade do caminho encontram uma superfície metálica chamada anticátodo. A grande velocidade dos elétrons dá-lhes elevada energia: no choque com o anticátodo, parte dessa energia se dissipa em calor e parte se transforma em raios X.

 

Raios X até os ossos

 

Os raios X, descobertos por Roentgen, são ondas eletromagnéticas de comprimento de onda ainda menor que o da luz ultravioleta: vão de 0,1 até 100 angstrom. À medida que o comprimento de onda diminui, os raios X aumentam sua capacidade de penetrar no corpo humano, permitindo aos médicos localizar qualquer parte afetada nos ossos e órgãos internos. Conforme a densidade da matéria, os raios X a atravessam com maior ou menor facilidade. É por isso que os tecidos humanos, formados em sua maioria por elementos pouco pesados (hidrogênio, oxigênio e carbono), ficam mais transparentes aos raios que os ossos, que contêm elementos pesados como o fósforo e o cálcio.

Pequenas doses de raios X não causam danos ao homem, mas uma exposição frequente ou prolongada pode prejudicar seriamente os tecidos. Os raios X de pequeno comprimento de onda atravessam o aço sem dificuldade, o que torna possível apontar defeitos no interior de grandes blocos ou peças fundidas. Outra aplicação importante é a seguinte: como o comprimento de onda dos raios X se aproxima em tamanho ao espaço existente entre átomos de um cristal, eles servem para investigar a estrutura dos corpos sólidos.

Radiação gama para curar

 

Em termos de comprimento de onda, não existe uma fronteira bem definida entre os raios X e a radiação gama, embora esta corresponda, geralmente, a um menor comprimento de onda. A radiação gama possui uma energia tão grande que só pode ser produzida durante a desintegração do núcleo de um átomo. Da mesma forma que os raios X, tem aplicação industrial no controle de soldas metálicas. Mas a radiação gama é muito usada em medicina, no tratamento do câncer, pois tem a propriedade de destruir as células doentes.

IMAGEM 08 - Acervo Ludus Schola

Embora os tipos de ondas eletromagnéticas pareçam muito diferentes entre si, suas propriedades características valem para todo o espectro. Todas as ondas se propagam com igual velocidade e têm a mesma natureza. Mas as diferenças de frequência fazem com que umas sejam vistas, outras ouvidas ou apenas sentidas. E que umas curem e outras matem.