O que é uma onda eletromagnética?
O termo onda eletromagnética descreve a maneira como a radiação eletromagnética (EMR) se move pelo espaço. Diferentes formas de EMR são diferenciadas por seus comprimentos de onda, que variam de muitos metros (metros) a uma distância menor que o diâmetro de um núcleo atômico. A faixa completa, em ordem decrescente de comprimento de onda, vai de ondas de rádio a microondas, luz visível, raios ultravioleta e raios X e raios gama e é conhecida como espectro eletromagnético. As ondas eletromagnéticas têm muitas aplicações, tanto na ciência quanto na vida cotidiana.
Ondas de luz
Em muitos aspectos, uma onda eletromagnética se comporta de maneira semelhante a ondulações na água ou ao som que viaja através de um meio como o ar. Por exemplo, se uma luz é refletida na tela através de uma barreira com duas fendas estreitas, um padrão de listras claras e escuras é visto. Isso é chamado de padrão de interferência: onde as cristas das ondas de uma fenda se encontram com as da outra, elas se reforçam, formando uma faixa brilhante, mas onde uma crista encontra um vale, elas cancelam, deixando uma faixa escura. A luz também pode se curvar em torno de um obstáculo, como quebra-mares em torno de uma parede do porto: isso é conhecido como difração. Esses fenômenos fornecem evidências da natureza ondulatória da luz.
Supunha-se há muito tempo que, como o som, a luz deve viajar através de algum tipo de mídia. Isso recebeu o nome de "éter", às vezes escrito "éter", e era considerado um material invisível que preenchia o espaço, mas através do qual objetos sólidos podiam passar sem impedimentos. Experimentos projetados para detectar o éter por seu efeito na velocidade da luz em diferentes direções não conseguiram encontrar nenhuma evidência para isso, e a idéia foi finalmente rejeitada. Era evidente que a luz e outras formas de EMR não exigiam nenhum meio e podiam viajar pelo espaço vazio.
Comprimento de onda e frequência
Assim como uma onda oceânica, uma onda eletromagnética tem picos e vales. O comprimento de onda é a distância entre dois pontos idênticos da onda de ciclo para ciclo, por exemplo, a distância entre um pico ou crista e o próximo. O EMR também pode ser definido em termos de sua frequência, que é o número de cristas que passam em um determinado intervalo de tempo. Todas as formas de EMR viajam na mesma velocidade: a velocidade da luz. Portanto, a frequência depende inteiramente do comprimento de onda: quanto menor o comprimento de onda, maior a frequência.
Energia
Comprimento de onda mais curto ou frequência mais alta, o EMR transporta mais energia do que comprimentos de onda mais longos ou frequências mais baixas. A energia transportada por uma onda eletromagnética determina como isso afeta a matéria. Ondas de rádio de baixa frequência perturbam levemente átomos e moléculas, enquanto as microondas fazem com que elas se movam com mais vigor: o material esquenta. Raios-X e raios gama são muito mais úteis: eles podem quebrar ligações químicas e arrancar elétrons dos átomos, formando íons. Por esse motivo, eles são descritos como radiação ionizante.
A origem das ondas eletromagnéticas
A relação entre luz e eletromagnetismo foi estabelecida pelo trabalho do físico James Clerk Maxwell no século XIX. Isso levou ao estudo da eletrodinâmica, em que ondas eletromagnéticas, como a luz, são consideradas distúrbios, ou "ondulações", em um campo eletromagnético, criado pelo movimento de partículas eletricamente carregadas. Ao contrário do éter inexistente, o campo eletromagnético é simplesmente a esfera de influência de uma partícula carregada, e não uma coisa material tangível.
Trabalhos posteriores, no início do século XX, mostraram que a EMR também tinha propriedades semelhantes a partículas. As partículas que compõem a radiação eletromagnética são chamadas fótons . Embora pareça contraditório, o EMR pode se comportar como ondas ou partículas, dependendo do tipo de experimento realizado. Isso é conhecido como dualidade onda-partícula. Também se aplica a partículas subatômicas, átomos inteiros e até moléculas bastante grandes, que às vezes podem se comportar como ondas.
A dualidade onda-partícula surgiu quando a teoria quântica estava sendo desenvolvida. De acordo com essa teoria, a "onda" representa a probabilidade de encontrar uma partícula, como um fóton, em um determinado local. A natureza ondulatória das partículas e a natureza particular das ondas deram origem a um grande debate científico e a algumas idéias surpreendentes, mas não a um consenso geral sobre o que realmente significa.
Na teoria quântica, a radiação eletromagnética é produzida quando partículas subatômicas liberam energia. Por exemplo, um elétron em um átomo pode absorver energia, mas deve eventualmente cair para um nível de energia mais baixo e liberar a energia como EMR. Dependendo de como é observado, essa radiação pode aparecer como uma partícula ou uma onda eletromagnética.
Usos
Uma grande quantidade de tecnologia moderna depende de ondas eletromagnéticas. Rádio, televisão, telefones celulares e a Internet dependem da transmissão de EMR de radiofrequência por meio de cabos aéreos, espaciais ou de fibra óptica. Os lasers usados para gravar e reproduzir DVDs e CDs de áudio usam ondas de luz para gravar e ler nos discos. As máquinas de raio-X são uma ferramenta essencial em medicina e segurança aeroportuária. Na ciência, nosso conhecimento do universo vem em grande parte da análise da luz, ondas de rádio e raios X de estrelas e galáxias distantes.
Perigos
Não se pensa que ondas eletromagnéticas de baixa energia, como ondas de rádio, sejam prejudiciais. Em energias mais altas, no entanto, a EMR apresenta riscos. A radiação ionizante, como raios X e raios gama, pode matar ou danificar células vivas. Eles também podem alterar o DNA, o que pode levar ao câncer. O risco para pacientes de raios X médicos é considerado insignificante, mas os radiologistas expostos a eles regularmente usam aventais de chumbo - que os raios X não conseguem penetrar - para se protegerem. A luz ultravioleta, presente na luz solar, pode causar queimaduras solares e também pode causar câncer de pele se a exposição for excessiva.