O termo onda eletromagnética é usado para descrever a maneira como a radiação eletromagnética viaja através do espaço . A radiação eletromagnética é caracterizada por ter dois campos, um elétrico e outro magnético, e se move em forma de onda com os dois campos perpendiculares e oscilantes, oscilação responsável pela radiação que descreve uma onda à medida que ela se propaga.

Antes, pensava-se que nada poderia se propagar no vácuo e que as ondas eletromagnéticas precisavam de um meio para viajar. Este meio foi chamado de éter mas nunca foi encontrado, pelo contrário, foi demonstrado que as ondas de radiação eletromagnética são capazes de se propagar no espaço vazio , o que tem sido muito importante no desenvolvimento de algumas tecnologias e no avanço da ciência. .

Comprimento de onda e frequência

As características mais importantes das ondas eletromagnéticas são a frequência e o comprimento de onda , cujo valor é usado para classificar a radiação eletromagnética em diferentes tipos.

Como uma onda no mar, uma onda eletromagnética tem picos e vales. Comprimento de onda é a distância entre dois pontos idênticos na onda em dois ciclos diferentes . E um ciclo é uma jornada completa: do nível zero ele sobe até o máximo da crista; a partir daqui, desce ao mínimo do vale e sobe novamente ao nível zero. Geralmente é medida como a distância entre o máximo de uma crista e o máximo da próxima crista ou entre o mínimo de um vale e o mínimo do vale contíguo.

O comprimento de onda pode variar de milhares de quilômetros a distâncias menores que o diâmetro do núcleo de um átomo. A faixa completa de comprimentos de onda é conhecida como espectro eletromagnético e, em ordem decrescente, inclui ondas de rádio, microondas, infravermelho, luz visível, ultravioleta, raios X e raios gama.

A frequência é outra das características mais marcantes para definir uma onda e é uma medida da velocidade de oscilação do campo eletromagnético . É medido de acordo com o número de ciclos que passam por um mesmo ponto durante um determinado período de tempo, por exemplo, ciclos por segundo (Hertz – Hz).

Todas as ondas eletromagnéticas se propagam na mesma velocidade, a velocidade da luz . Isso implica que a frequência e o comprimento de onda dependem um do outro. Quanto maior o comprimento de onda, mais longo mede o ciclo e, como a velocidade é constante, menos ciclos passarão por unidade de tempo, ou seja, quanto maior o comprimento de onda, menor a frequência e vice-versa .

Portanto, como o comprimento de onda e a frequência determinam a velocidade de propagação e como se sabe que toda onda se propaga na velocidade da luz, pode-se concluir que:

Sendo c a velocidade da luz, λ o comprimento de onda e ν a frequência.

Energia

A radiação eletromagnética transporta mais energia quanto menor for o comprimento de onda que possui, ou seja, quanto maior a frequência, maior a energia . A energia transportada por uma onda eletromagnética determina como ela afeta a matéria. As ondas de rádio de baixa frequência dificilmente perturbam átomos e moléculas, enquanto as microondas, que transportam mais energia, fazem com que alguns átomos e moléculas se movam ou vibrem mais rapidamente e aumentem a temperatura.

Os raios X e gama têm uma ação muito maior, podendo quebrar ligações moleculares ou liberar elétrons dos átomos e formar íons, por isso são conhecidos como radiação ionizante.

De acordo com Planck, a energia da radiação eletromagnética é:

onde E é a energia, ν a frequência eh é conhecida como a constante de Planck , que é igual a 6,6260693 (11) x10 -34 .

Dualidade da onda do corpúsculo

A relação entre luz e eletromagnetismo foi estabelecida no século 19 pelo trabalho do físico James Clerk Maxwell . Daí surgiu o estudo da eletrodinâmica, campo em que as ondas eletromagnéticas, como a luz, são consideradas distúrbios em um campo eletromagnético gerado pelo movimento de partículas eletricamente carregadas . Ao contrário do chamado éter, o campo eletromagnético é a esfera de influência de uma partícula carregada e não de um material ou coisa tangível.

Trabalhos posteriores no início do século 20 mostraram que a radiação eletromagnética também tinha propriedades de partículas . Alguns experimentos mostraram que a radiação se comportava como uma onda, enquanto outros mostraram um comportamento como se a radiação fosse composta de partículas. Einstein daria a essas partículas o nome de fótons , ou quanta de luz, cuja energia é definida pela relação de Planck.

Com seu modelo de fóton, Einstein conseguiu explicar o fenômeno fotoelétrico e, junto com sua interpretação do movimento browniano, ganhou o Prêmio Nobel de Física em 1921

Em 1924, o físico francês Louis-Victor de Broglie postulou o princípio da dualidade onda-corpúsculo da matéria , segundo o qual toda matéria no Universo tem propriedades de onda e corpúsculo e ondas de matéria definidas .

Experimentos posteriores puderam verificar características de ondas em partículas subatômicas, em átomos e em moléculas. Embora esse postulado seja amplamente aceito, ainda não há um consenso universal sobre se ele afeta efetivamente toda a matéria, como de Broglie postulou; Até agora, o maior composto no qual as características das ondas foram observadas foi o fulereno em um estudo realizado na Universidade de Viena em 2005 .

O fulereno é um composto bastante grande, sua massa atômica é 720 e seu diâmetro molecular é de 40 nanômetros. Seu comprimento de onda foi medido, 2,5 picômetros (400 vezes seu diâmetro molecular). Mas esse experimento presumiu que as hipóteses de De Broglie estavam corretas e, portanto, há controvérsia sobre seus resultados.

Formulários

Uma grande parte da tecnologia moderna depende de ondas eletromagnéticas. O rádio, a televisão, a telefonia móvel e a própria Internet baseiam-se na transmissão de radiofrequência pelo ar, pelo espaço ou por cabos de fibra ótica.

Os lasers usados ​​para gravar CDs, DVDs e discos Blu-Ray usam ondas de luz para gravar e ler as informações nos discos. As máquinas de raio-X são essenciais na medicina e outros testes de diagnóstico por imagem também contam com ondas eletromagnéticas, como a cintilografia.

As ondas eletromagnéticas têm muitas outras aplicações, mas não podemos deixar de mencionar seu importante papel no avanço da ciência . Por exemplo, o conhecimento atual do Universo vem em grande parte do estudo e análise da luz, ondas de rádio, radiação ultravioleta e raios X que chegam de galáxias e estrelas muito distantes.

Implicações para a saúde

Acredita-se que a radiação eletromagnética de baixa energia, com baixa frequência e comprimento de onda longo, como a radiofrequência, não seja prejudicial à saúde humana. Com energia mais alta, no entanto, a radiação eletromagnética é perigosa . Por exemplo, os raios X e os raios gama podem danificar nossas células, até mesmo matá-las. Eles também podem alterar o DNA e produzir mutações que aumentam a probabilidade de desenvolver câncer.

O risco para os pacientes com o uso dos raios X é considerado desprezível, pois eles estão expostos a eles de forma muito esporádica. No entanto, o radiologista deve usar roupas confeccionadas com material impenetrável aos raios X, bem como seguir outras medidas de segurança, para reduzir os riscos de exposição a que está sujeito no dia a dia.

A radiação ultravioleta, presente na luz solar, pode causar queimaduras, e a superexposição contínua pode levar ao câncer de pele.