Radiação eletromagnética
A radiação eletromagnética é uma oscilação em fase dos campos elétricos e magnéticos, que se autossustentam e estão desacoplados das cargas elétricas de onde são provenientes. As oscilações dos campos magnéticos e elétricos são perpendiculares entre si e podem ser entendidas como a propagação de uma onda transversal, já que as perturbações são perpendiculares à direção de propagação da onda, assim como as ondas da superfície de uma lâmina de água, por exemplo. Diferente de ondas mecânicas, esta se propaga no vácuo. Dentro do ponto de vista da Mecânica Quântica, podem ser entendidas, ainda, como o deslocamento de pequenas partículas, os fótons.
As ondas eletromagnéticas primeiramente foram previstas teoricamente por James Clerk Maxwell e depois confirmadas experimentalmente por Heinrich Hertz. Maxwell notou as ondas a partir de equações de electricidade e magnetismo, revelando sua natureza e sua simetria. Faraday mostrou que um campo magnético variável no tempo gera um campo eléctrico. Maxwell mostrou que um campo eléctrico variável com o tempo gera um campo magnético, com isso há uma autossustentação entre os campos eléctrico e magnético. Em seu trabalho de 1862, Maxwell escreveu: "A velocidade das ondas transversais em nosso meio hipotético, calculada a partir dos experimentos electromagnéticos dos Srs. Kohrausch e Weber, concorda tão exactamente com a velocidade da luz, calculada pelos experimentos óticos do Sr. Fizeau, que é difícil evitar a inferência de que a luz consiste nas ondulações transversais do mesmo meio que é a causa dos fenômenos eléctricos e magnéticos."[carece de fontes?]
Ondas harmônicas
Uma onda harmônica é uma onda com a forma de uma função senoidal, como na figura, no caso de uma onda que se desloca no sentido positivo do eixo dos x {\displaystyle x} . A distância λ {\displaystyle \lambda } entre dois pontos consecutivos onde o campo e a sua derivada têm o mesmo valor, é designada por comprimento de onda (por exemplo, a distância entre dois máximos ou mínimos consecutivos). O valor máximo do módulo do campo, E 0 {\displaystyle E_{0}} , é a sua amplitude. O tempo que a onda demora a percorrer um comprimento de onda designa-se por {período}, T {\displaystyle T} . O inverso do período é a frequência f = 1 / T {\displaystyle f=1/T} , que indica o número de comprimentos de onda que passam por um ponto, por unidade de tempo. No sistema SI a unidade da frequência é o hertz, representado pelo símbolo Hz, equivalente a s − 1 {\displaystyle s^{-1}} .
O espectro eletromagnético é classificado normalmente pelo comprimento da onda, como as ondas de rádio, as micro-ondas, a radiação infravermelha, a luz visível, os raios ultravioleta, os raios X, até a radiação gama. O comportamento da onda eletromagnética depende do seu comprimento de onda. Ondas com frequências altas possuem comprimento de onda curto e, por outro lado, ondas com frequências baixas possuem comprimento de onda longo . Quando uma onda interage com uma única partícula ou molécula, seu comportamento depende da quantidade de fótons por ela carregada.[carece de fontes?] Através da técnica denominada Espectroscopia óptica, é possível obter-se informações sobre uma faixa visível mais larga do que a visão normal. Um espectroscópio comum pode detectar comprimentos de onda de 2 nm a 2 500 nm. Essas informações detalhadas podem informar propriedades físicas dos objetos, gases e até mesmo estrelas. Por exemplo, um átomo de hidrogênio emite ondas em comprimentos de 21,12 cm. A luz propriamente dita corresponde à faixa que é detectada pelo olho humano, entre 400 nm a 700 nm (um nanômetro vale 1,0×10−9 metro). As ondas de rádio são formadas de uma combinação de amplitude, frequência e fase da onda com a banda da frequência.
Radiação de corpo negro
A radiação de corpo negro, também conhecida por radiação térmica, é a radiação eletromagnética emitida por um corpo em qualquer temperatura, constituindo uma forma de transmissão de calor, ou seja, por meio deste tipo de radiação ocorre transferência de energia térmica na forma de ondas eletromagnéticas. Quando a matéria emite e absorve perfeitamente qualquer comprimento de onda e está em equilíbrio termodinâmico, considera-se que é um corpo negro, e sua radiação é chamada de radiação de corpo negro. A energia cinética de átomos e moléculas varia, converte-se em energia térmica e resulta na radiação eletromagnética térmica. Como as ondas eletromagnéticas também podem se propagar no vácuo, a transferência de calor de um corpo a outro ocorre mesmo se não existir meio material entre os dois, como é o caso da energia emitida pelo Sol e que chega à Terra.
A radiação eletromagnética de comprimentos de onda diferentes da luz visível foi descoberta no início do século XIX. A descoberta da radiação infravermelha é atribuída ao astrônomo William Herschel, que publicou seus resultados em 1800 perante a Royal Society de Londres. Herschel usou um prisma de vidro para refratar a luz do Sol e detectou raios invisíveis que causavam aquecimento além da parte vermelha do espectro, por meio de um aumento na temperatura registrada com um termômetro. Esses "raios caloríficos" foram posteriormente denominados infravermelhos. Em 1801, o físico alemão Johann Wilhelm Ritter descobriu o ultravioleta em um experimento semelhante ao de Herschel, usando luz solar e um prisma de vidro. Ritter observou que os raios invisíveis perto da borda violeta de um espectro solar dispersos por um prisma triangular escureceram as preparações de cloreto de prata mais rapidamente do que a luz violeta próxima. Os experimentos de Ritter foram um precursor do que se tornaria a fotografia. Ritter observou que os raios ultravioleta (que a princípio eram chamados de "raios químicos") eram capazes de causar reações químicas.
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As ondas eletromagnéticas são previstas pelas leis clássicas da eletricidade e do magnetismo, conhecidas como equações de Maxwell. Existem soluções não triviais das equações de Maxwell homogéneas (sem cargas ou correntes), que descrevem ondas de campos elétricos e magnéticos variáveis. Começando com as equações de Maxwell no espaço livre: Além da solução trivial E = B = 0 {\displaystyle \mathbf {E} =\mathbf {B} =\mathbf {0} } , soluções úteis podem ser derivadas com a seguinte identidade vetorial, válida para todos os vetores A {\displaystyle \mathbf {A} } num campo vetorial: ∇ × ( ∇ × A ) = ∇ ( ∇ ⋅ A ) − ∇ 2 A . {\displaystyle \nabla \times \left(\nabla \times \mathbf {A} \right)=\nabla \left(\nabla \cdot \mathbf {A} \right)-\nabla ^{2}\mathbf {A} .} Aplicando o rotacional à segunda equação de Maxwell (2) obtém-se: Avaliando o lado esquerdo de (5) com a identidade acima e simplificando através de (1), obtém-se:
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Entre inúmeras aplicações destacam-se o rádio, a televisão, radares, os sistemas de comunicação sem fio (telefonia celular e comunicação wi-fi), os sistemas de comunicação baseados em fibras ópticas e fornos de micro-ondas. Existem equipamentos para a esterilização de lâminas baseados na exposição do instrumento a determinada radiação ultravioleta, produzida artificialmente por uma lâmpada de luz negra. Estes são apenas alguns exemplos da diversificada gama de uso deste conhecimento no cotidiano. As ondas eletromagnéticas variam amplamente de acordo com sua frequência, o que implica diferentes efeitos e consequentemente aplicações.
