Ciências da Natureza e suas
Tecnologias - Física
Ensino Médio – 3ª Série
Espectro Eletromagnético,
experimento de Young
Física - 3º Ano
Espectro Eletromagnético, experimento de Young
Radiação ou Onda Eletromagnética
Desde a elaboração das leis de Maxwell até hoje, tem ocorrido uma
grande evolução no estudo das ondas eletromagnéticas. (1)
Imagem: P.wormer / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported.
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Espectro Eletromagnético, experimento de Young
Hoje nós temos conhecimento desses vários tipos de ondas, mas todas
possuem a mesma natureza, isto é, são formadas por campos elétricos
e campos magnéticos oscilantes. (2)
As ondas eletromagnéticas são ondas transversais, portanto ,podem ser
polarizadas.
A velocidade de propagação, no vácuo, de uma onda eletromagnética é
3.108 m/s.
Imagem: quentin747 / Creative Commons Attribution 2.0 Generic
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Espectro Eletromagnético, experimento de Young
O Espectro Eletromagnético
Estamos imersos num emaranhado de ondas eletromagnéticas, tais
como raio x, ondas de rádio, radiação ultravioleta, micro-ondas e luz
visível . A maior fonte de radiação eletromagnética é o Sol, sem ele, a
vida na Terra seria impossível.
Imagem: NASA Goddard Laboratory for Atmospheres /
public domain.
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Espectro Eletromagnético, experimento de Young
O que diferencia uma onda eletromagnética da
outra é a sua frequência ou seu comprimento de
onda.
Imagem: P.wormer / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported.
Comprimento de onda é a distância entre dois vales
consecutivos ou entre duas cristas consecutivas (λ).
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Espectro Eletromagnético, experimento de Young
Quando os vários tipos de ondas eletromagnéticas são
ordenadas levando-se em conta sua frequência, ou seu
comprimento de onda, o arranjo obtido é chamado de
espectro eletromagnético.
Imagem: D-Kuru / Creative Commons
Attribution-Share Alike 3.0 Austria
A palavra espectro foi usada pela primeira vez por Isaac Newton, quando
observou a passagem da luz branca por um prisma e viu a sua
decomposição nas sete cores.
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As ondas eletromagnéticas no vácuo têm a mesma velocidade; modificam
sua frequência de acordo com a espécie e, consequentemente, com o
comprimento de onda. (3)
Imagem: Horst Frank / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported
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Fisicamente, não há intervalos no espectro. Podemos
ter ondas de quaisquer frequências que são idênticas
na sua natureza, diferenciando-se no modo como
podemos captá-las. (4)
Em seguida, vamos aprender um pouco mais sobre
as variações neste espectro!
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Espectro Eletromagnético, experimento de Young
1- Ondas de Rádio
Imagem: Autor Desconhecido / do livro de Stuart
Ballantine (1922) Radiotelephony for Amateurs,
2nd Ed., David McKay Co., USA / Public Domain.
São ondas eletromagnéticas de frequências muito pequenas, até 1012
Hz .As ondas de rádio são geradas por osciladores eletrônicos
instalados geralmente em um lugar alto, para atingir uma maior região.
Emprega-se o termo"ondas de rádio" para as micro-ondas, as ondas de
TV, as ondas curtas, as ondas longas e as próprias bandas de AM e
FM. (5)
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Uma antena transmissora submetida a uma corrente
alternada gera ondas de rádio. As ondas de rádio, de
frequência entre 104 e 107 Hz, são bem refletidas facilmente
pela ionosfera, o que permite que as ondas sejam captadas a
grandes distâncias; elas têm comprimento de onda muito
grandes e podem se difratar. (6)
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Espectro Eletromagnético, experimento de Young
Observe que algumas frequências de TV
podem coincidir com a frequência de FM.
Isso permite algumas vezes captar uma rádio
FM na televisão, ou captar um canal de TV
num aparelho de rádio FM. (7)
Imagem: National Oceanic and Atmospheric Administration /
Public Domain.
Com frequência de  108 Hz e comprimento de onda de 1m,
temos ondas de TV, as quais não são refletidas pela ionosfera;
para serem captadas, são necessárias estações repetidoras (75
km).
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A telefonia celular é uma tecnologia usada para conseguir
melhores resultados no emprego das frequências de rádio
que se encontram disponíveis, ou seja, aquelas que não são
usadas pela TV ou pelas estações de rádio. As frequências
são reutilizadas a distâncias relativamente curtas .
Para se reutilizarem as frequências, usa-se
o seguinte procedimento: uma determinada
área é dividida em células em formato
hexagonal que possui, cada uma delas, um
conjunto de frequências diferentes da área
vizinha. (8)
Imagem: Andrew pmk / Creative Commons
Attribution-Share Alike 2.5 Generic.
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Assim, as células próximas podem usar uma mesma frequência sem que
haja interferência. Uma vez feita a ligação, o usuário pode se deslocar para
qualquer ponto que a mudança de uma célula para outra ocorrerá de forma
automática. (9)
Imagem: Gavigan / GNU Free Documentation License.
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Imagem: Pplecke / Public Domain.
2- Micro-ondas
As micro-ondas são geradas em
válvulas eletrônicas especiais. Sua
vantagem sobre as ondas de radio é
que, devido às altas frequências,
podem carregar mais informações,
já que a quantidade de informação
transmitida é proporcional à
frequência. Ela é uma radiação não
ionizante; seus
efeitos são
estritamente térmicos, o que não
altera a estrutura molecular do
material.
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Atenção!
Imagem: Mk2010 / Creative Commons AttributionShare Alike 3.0 Unported.
1-O forno de micro-ondas opera numa frequência de 2,45. 109 Hz. O
aquecimento dos alimentos ocorre por causa da excitação das suas
moléculas. Esta excitação ocorre basicamente nas moléculas de água que
os alimentos possuem. Quando sujeita a uma radiação, a molécula de
água absorve a energia das ondas eletromagnéticas.
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2- O Radar funciona por emissão e reflexão de micro-ondas
Imagem: U.S. Air Force / Public Domain.
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3- Infravermelho
Imagem: Nevit Dilmen / GNU Free
Documentation License.
Cerca de 60% da radiação emitida pelo Sol situa-se na faixa do infravermelho. Essa
radiação é originada da agitação térmica das partículas que constituem os corpos.
Em decorrência dessa agitação, as cargas elétricas dos átomos e moléculas oscilam e
emitem radiação eletromagnética, geralmente associada a calor.
Os raios infravermelhos desempenham um papel muito importante na Natureza.
Eles são os responsáveis pela troca de energia térmica através do espaço, inclusive
no vácuo. O transporte de energia necessário para a vida, por exemplo, do Sol até à
Terra ocorre unicamente através das radiações infravermelhas
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Curiosidades!!
1- Os controles remotos funcionam na
frequência do infravermelho.
2- Em medicina, a radiação infravermelha
tem amplo uso terapêutico, sendo
empregada no tratamento de algumas
doenças; ela penetra na pele, onde sua
energia é absorvida pelos tecidos e
espalhada pela circulação do sangue. (10)
Imagem: Julo / Public Domain.
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4- Luz visível
A luz visível é uma onda eletromagnética que, ao penetrar em
nossos olhos, sensibiliza a retina e provoca a sensação visual.
Essas ondas, como qualquer outra radiação eletromagnética, são
originadas por cargas elétricas oscilantes.
Imagem: Horst Frank / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported
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Espectro Eletromagnético, experimento de Young
No início do século XIX, foi realizada um experiência a respeito da
natureza da luz. Descobriu-se que, quando uma onda atravessa duas
fendas, as duas partes da onda se curvam, dando origem duas novas
ondas, que quando se encontram, sofrem interferência.
Experiência de Young
Luz Solar
Imagem: Савенок Д. / Creative Commons
Attribution 3.0 Unported.
O físico inglês Thomas Young elaborou uma experiência para provar
se isso se aplicava a luz
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Na experiência, são utilizados três anteparos: o primeiro composto por
uma fenda, onde ocorre difração da luz incidida; o segundo, com duas
fendas, postas lado a lado, causa novas difrações; no último, são
projetadas as manchas causadas pela interferência das ondas
resultantes da segunda difração.
Esse experimento – considerado um dos mais belos e importantes
experimentos da Física – provou a natureza ondulatória da luz.
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Até aqui as radiações estudadas são não ionizantes. Vamos
estudar agora as radiações ionizantes.
5- Ultravioleta
A radiação ultravioleta
é uma radiação
ionizante que tem comprimento de onda menor
que o da luz violeta visível. O Sol emite grande
quantidade de radiação ultravioleta, cuja maior
parte é absorvida na atmosfera superior pela
camada de ozônio que envolve a Terra.
Imagem: Anakin101 / Public Domain.
Imagem: Balder777 / Public Domain.
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Essa radiação ocasiona também, na
pele humana, uma pigmentação
escura.
Lâmpadas fluorescentes e de vapor
de
sódio
emitem
radiação
ultravioleta. A radiação ultravioleta
é fundamental para o crescimento
das plantas.
Para proteger a pele da radiação ultravioleta,
é preciso o uso de protetores solares que
podem ser de dois tipos:
1- Aqueles que, por conterem compostos
orgânicos (como o oxibenzeno); absorvem a
radiação.
2- Aqueles que refletem, através de materiais
opacos, a luz (como o dióxido de titânio, o
óxido de zinco). Tipicamente, materiais
absortivos são chamados de bloqueadores
químicos; já os materiais opacos, de
bloqueadores minerais ou físicos.
Imagem: Stilfehler / GNU Free Documentation License.
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6- Raios X
Imagem: Rotemdan / Public Domain.
Quando um feixe de elétrons em movimento muito rápido atinge um alvo
metálico, uma radiação é emitida. Essa radiação é denominada raio x,
ondas eletromagnéticas com frequências ainda maiores do que as da
radiação ultravioleta.
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Os raios X foram descobertos em 1895 pelo físico alemão Wilhelm Röntgen.
Eles têm frequência alta e possuem muita energia, são capazes de atravessar
muitas substâncias, embora sejam detidos por outras, principalmente pelo
chumbo. (11)
Imagem: Michael Müller-Hillebrand /
Creative Commons Attribution 3.0 Unported.
Quando os raios x passam através da matéria sólida, liquida ou gasosa ionizam
átomos e moléculas. Eles possuem alto poder de penetração, são altamente
ionizantes e afetam a estrutura celular .
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Nós conhecemos as aplicações dos raios X na medicina, em radiografias e
curas de certas moléstias. Mas eles têm muitas aplicações na técnica e na
pesquisa em Física. Eles contribuem para o conhecimento da estrutura da
matéria e, por mio deles, se consegue provar a estrutura reticular dos
cristais. Em Mineralogia, a aplicação dos raios X é tão intensa que foi criada
dentro dela uma especialização chamada “Ótica Cristalográfica”, que trata
das propriedades dos cristais reveladas por raios X. (12)
A tomografia computadorizada é uma
aplicação dos Raios X
Kriplozoik / public domain
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7- Raios Gama
Os raio gama e os raios x e são praticamente indistinguíveis, a única
distinção entre eles está na origem da radiação. Se, nos raios x, a
radiação é originada pela transição de elétrons nas camadas mais
internas dos átomos, nos raios gama, a origem da radiação reside em
processos de fissão, fusão e decaimento radioativo.
Imagem: NASA/Goddard Space
Flight Center / Public Domain.
Explosões cósmicas
de raios gama.
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Raios gama são radiações ionizantes e podem interagir
com moléculas de tecido vivo, além de possuir altíssimo
poder de penetração. Devido à sua elevada energia, a
radiação gama pode causar danos ao núcleo das células,
por isso é usada para esterilizar equipamentos médicos e
na descontaminação de produtos alimentícios. Além
disso, eleva a vida útil do produto, aumentando assim o
seu tempo na prateleira. (13)
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EXERCÍCIOS
1- As radiações infravermelhas são emitidas por qualquer objeto a uma
determinada temperatura, sendo a emissão tanto mais intensa quanto mais
aquecido estiver o objeto.
Sobre as radiações infravermelhas, é correto afirmar que:
A) são responsáveis pelo bronzeamento da pele quando exposta ao Sol;
B) são ondas longitudinais emitidas por corpos aquecidos;
C) se deslocam-se à velocidade da luz, no vácuo;
D) possuem frequência maior que da luz vermelha;
E) são bloqueadas pela camada de ozônio presente na atmosfera.
RESPOSTA C
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2-Considere um equipamento capaz de emitir radiação eletromagnética com
comprimento de onda bem menor que a radiação ultravioleta. Suponha que a
radiação emitida por esse equipamento foi apontada para um tipo específico
de filme fotográfico e entre o equipamento e o filme foi posicionado o
pescoço de um indivíduo. Quanto mais exposto à radiação, mais escuro se
torna o filme após a revelação. Após acionar o equipamento e revelar o filme,
evidenciou-se a imagem mostrada na figura abaixo. (14)
Jojo / GNU Free Documentation License
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Dentre os fenômenos decorrentes da interação entre a radiação e os átomos
do indivíduo que permitem a obtenção desta imagem inclui-se a: (15)
(A) absorção da radiação eletromagnética e a consequente ionização dos
átomos de cálcio, que se transformam em átomos de fósforo.
(B) maior absorção da radiação eletromagnética pelos átomos de cálcio que
por outros tipos de átomos.
(C) maior absorção da radiação eletromagnética pelos átomos de carbono
que por átomos de cálcio.
(D) maior refração ao atravessar os átomos de carbono que os átomos de
cálcio.
(E) maior ionização de moléculas de água que de átomos de carbono.
RESPOSTA B
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Momento para discussão em grupo!!
1- Posicionar um controle remoto frente a uma câmera digital e
indagar por que conseguimos ver seu funcionamento, o que não
ocorre a olho nu.
2- Exibir uma chapa de raio x e outra de tomografia
computadorizada e estabelecer um debate sobre as duas
tecnologias (semelhanças e diferenças).
Tabela de Imagens
Slide
Autoria / Licença
2 e 5 P.wormer / Creative Commons Attribution-Share
Alike 3.0 Unported.
3 quentin747 / Creative Commons Attribution 2.0
Generic
4 NASA Goddard Laboratory for Atmospheres /
public domain
6
Link da Fonte
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Electro
magnetic_wave.png
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Java_Ro
ad_at_night.jpg
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Sun_in_
X-Ray.png
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Light_di
spersion_of_a_mercuryD-Kuru / Creative Commons Attribution-Share
vapor_lamp_with_a_flint_glass_prism_IPNr%C2%
Alike 3.0 Austria
B00125.jpg
7 e 19 Original Horst Frank, with some modifications by http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons
/thumb/8/8d/Espectro_eletromagneticoJailbird. Tradución da versión de Alebergen /
pt.svg/800px-Espectro_eletromagneticoCreative Commons.
pt.svg.pnghttp://upload.wikimedia.org/wikipedia
/commons/thumb/8/8d/Espectro_eletromagneti
co-pt.svg/800px-Espectro_eletromagneticopt.svg.png
9 Autor Desconhecido / do livro de Stuart
Ballantine (1922) Radiotelephony for Amateurs, http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Radio_
2nd Ed., David McKay Co., USA / Public Domain. waves.svg
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:NPOESS
11 National Oceanic and Atmospheric
Administration / Public Domain.
_illustration_2006.jpg
Data do
Acesso
28/03/2012
21/03/2012
21/03/2012
21/03/2012
28/03/2012
28/03/2012
28/03/2012
Tabela de Imagens
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Autoria / Licença
Link da Fonte
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Frequen
12 Andrew pmk / Creative Commons AttributionShare Alike 2.5 Generic.
cy_reuse.svg
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Cell_nei
13
Gavigan / GNU Free Documentation License.
ghbours_01.JPG
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Nera_mi
14
Pplecke / Public Domain.
crowave_antenna.jpg
15 Mk2010 / Creative Commons Attribution-Share http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Microw
Alike 3.0 Unported.
ave_oven_(interior).jpg
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:176thAi
16
U.S. Air Force / Public Domain.
rControlSqdnRadar.jpg
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Infrared
17
Nevit Dilmen / GNU Free Documentation License. _1080971.jpg
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Pilot18
Julo / Public Domain.
video-TV.jpg
20 Савенок Д. / Creative Commons Attribution 3.0 http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Young_e
Unported.
xperience.jpg
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Ultraviol
22
Anakin101 / Public Domain.
et_light_bulb_2.jpg
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Spiralf%
23
Balder777 / Public Domain.
C3%B6rmige_Energiesparlampe_quadr.png
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Sunscre
24
Stilfehler / GNU Free Documentation License.
en_lotion.jpg
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:X-ray.jpg
25 Rotemdan / Public Domain.
Data do
Acesso
28/03/2012
28/03/2012
28/03/2012
28/03/2012
28/03/2012
28/03/2012
21/03/2012
28/03/2012
28/03/2012
28/03/2012
21/03/2012
29/03/2012
Tabela de Imagens
Slide
Autoria / Licença
26
Michael Müller-Hillebrand / Creative Commons
Attribution 3.0 Unported.
27
Kriplozoik / public domain
28 NASA/Goddard Space Flight Center / Public
Domain.
31
Jojo / GNU Free Documentation License
Link da Fonte
Data do
Acesso
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Fracture
_of_Olecranon_pre_and_post_typical_surgery.jp
g
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Comput
er_Tomography_1.jpg
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Gammaray_Bubbles.ogv
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Morbus
_Bechterew.jpg
29/03/2012
22/03/2012
29/03/2012
22/03/2012