Capítulo 34 Ondas Eletromagnéticas

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1 Capítulo 34 Ondas Eletromagnéticas

2 O que é luz ... De acordo com Euler (1707-1783):
Luz é onda, como ondas de som e água. De acordo com Newton ( ): Luz é partícula, como grãos de areia.

3 Eletromagnetismo Eletricidade + Magnetismo + Óptica
James Clerk Maxwell: Luz é uma onda eletromagnética Óptica é um ramo do Eletromagnetismo Meados do séc. XIX: espectro = UV + Vis + IR Heinrich Hertz: - ondas de rádio - velocidade de propagação é a velocidade da luz visível Heinrich Hertz

4 Equações de Maxwell do Eletromagnetismo
Lei de Gauss da Eletricidade Lei de Gauss do Magnetismo Lei de Faraday - Lenz Lei de Ampère - Maxwell

5 A versão atual é ... A luz é dual em sua natureza : é constituída por fótons que são partículas (quanta) de energia que podem comportar-se como onda ou partícula

6 O espectro eletromagnético
curto longo molécula de água proteína vírus bactéria célula bola de baseball casa campo de futebol comp. de onda (em metros) tam. de um nome comum da onda fontes freqüência (Hz) energia de um fóton (eV) baixa alta ondas de rádio micro-ondas infravermelho ultravioleta visível raios-x “duros” raios-x “moles” raios gama cavidade rf forno pessoas lâmpadas máq. de raios-x elementos radiativos rádio FM rádio AM radar ALS Não tem limites definidos e nem lacunas.

7 Algumas regiões conhecidas
Espectro de Radiação Eletromagnética Região Comp. Onda (Angstroms) Comp. Onda (centímetros) Freqüência (Hz) Energia (eV) Rádio > 109 > 10 < 3 x 109 < 10-5 Micro-ondas 3 x x 1012 Infra-vermelho x 10-5 3 x x 1014 Visível 7 x x 10-5 4.3 x x 1014 2 - 3 Ultravioleta 4 x 7.5 x x 1017 Raios-X 3 x x 1019 Raios Gama < 0.1 < 10-9 > 3 x 1019 > 105

8 Luz do Sol

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10 Sensibilidade do olho humano
comprimento de onda (nm) sensibilidade relativa adaptado à luz ao escuro Diferente para ambientes iluminados e não-iluminados

11 (De)composição da luz branca

12 Descrição qualitativa de uma onda eletromagnética
Raios-X Raios-g fontes atômicas ou nucleares  Quântica Luz visível Outros tipos com l maiores  fontes macroscópicas Exemplos : UHF-VHF

13 Fontes: Cargas e correntes que variam senoidalmente
ONDA ELETROMAGNETICA

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15 Num ponto P distante (onda plana):
B B B P P P B P P P B P B P E E E B P

16 Representações de uma onda plana

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20 Ondas planas monocromáticas E e B
amplitudes velocidade de fase

21 Descrição matemática de uma onda eletromagnética
Lei de indução de Faraday:

22 Lei de indução de Maxwell:

23 “Todas as ondas eletromagnéticas se propagam no vácuo com a mesma velocidade c.”

24 Amplitudes e módulos (razão entre amplitudes) (razão entre módulos)

25 Campos se criam mutuamente
Lei de indução de Faraday: Lei de indução de Maxwell:

26 Propriedades das ondas eletromagnéticas
E e B perpendiculares à direção de propagação E e B perpendiculares entre si E ´ B sentido da propagação E e B variam senoidalmente com a mesma frequência e em fase

27 Transporte de energia e o Vetor de Poynting
John Henry Poynting ( ) Taxa de transporte de energia por unidade de área Definição:

28 Direção de propagação da onda e do transporte de energia no ponto.
Módulo: Como: (fluxo inst. de energia)

29 Fluxo médio: (intensidade) ou onde

30 Variação da intensidade com a distância
esfera Fonte pontual é isotrópica.

31 Pressão de Radiação Ondas eletromagnéticas Momento linear
pressão de radiação (muito pequena) Corpo iluminado por um tempo Dt livre para se mover sob a ação da radiação totalmente absorvida DU de energia

32 Variação de momento Absorção total:
Mariner 10 Incidência perpendicular e reflexão total: Absorção parcial

33 2a Lei de Newton Superfície de área A: Absorção total:
Incidência perpendicular e reflexão total:

34 Pressão de radiação Pressão equivale a força por unidade de área, então: (absorção total) (reflexão total) Pascal

35 Polarização Antenas na vertical ou horizontal ? y polarização E z
B Plano de polarização

36 Luz polarizada Fonte de luz comum são polarizadas aleatoriamente
ou não-polarizadas. y E E ou z Parcialmente polarizadas

37 Filtro polarizador Converte luz não-polarizada em polarizada E
feixe incidente polarizador luz polarizada

38 Intensidade da luz polarizada transmitida
Luz não-polarizada: não-polariz. polariz. Luz polarizada: projeção o vetor E y Ey E Como: q Ez z (só para luz já polarizada)

39 mais de um polarizador ... E I0 q I2 I1

40 Exercícios e Problemas
34-15E. Em uma onda de radio plana, o valor máximo do campo elétrico é 5,00 V/m. Calcule (a) o valor máximo do campo magnético e (b) a intensidade da onda.

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42 Exercícios e Problemas
34-25P. Uma onda eletromagnética plana, com um comprimento de onda de 3,0 m, se propaga no vácuo, no sentido positivo do eixo x, com o campo elétrico E, cuja amplitude é de 300 V/m, paralelo ao eixo y. (a) Qual é a freqüência f da onda? (b) Quais são a direção e a amplitude do campo magnético associado a onda? (c) Quais são os valores de k e w se E=Em sen(kx-wt)? (d) Qual é o fluxo médio de energia, em W/m2, associado a esta onda? (e) Se a onda incide em uma placa perfeitamente refletora com uma área de 2,0 m2, a que taxa o momento é transferido a placa e qual é a pressão exercida pela radiação sobre a placa?

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