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Capítulo 34 Ondas Eletromagnéticas. O que é luz... De acordo com Newton (1643-1727): Luz é partícula, como grãos de areia. De acordo com Euler (1707-1783):

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1 Capítulo 34 Ondas Eletromagnéticas

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

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 Não tem limites definidos e nem lacunas. curto longo molécula de água proteínavírus bactéria célula bola de baseball casa campo de futebol comp. de onda (em metros) tam. de um comp. de onda 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 micro-ondas pessoas lâmpadas máq. de raios-x elementos radiativos rádio FM rádio AM radar ALS

7 Algumas regiões conhecidas Espectro de Radiação Eletromagnética RegiãoComp. Onda (Angstroms) Comp. Onda (centímetros) Freqüência (Hz) Energia (eV) Rádio> 10 9 > 10< 3 x 10 9 < Micro-ondas x x Infra-vermelho x x x Visível x x x x Ultravioleta x x x Raios-X x x Raios Gama< 0.1< > 3 x > 10 5

8 Luz do Sol

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

11 (De)composição da luz branca

12 Descrição qualitativa de uma onda eletromagnética Raios-X Raios- fontes atômicas ou nucleares Quântica Luz visível Outros tipos com 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): E B E E E E E B BBB B P P P PP P P P P B

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 1.E e B perpendiculares à direção de propagação 2.E e B perpendiculares entre si 3.E B sentido da propagação 4.E e B variam senoidalmente com a mesma frequência e em fase

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

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 Fonte pontual é isotrópica. esfera s

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

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

33 2 a 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 ? polarização B Plano de polarização y z E

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

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

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

39 mais de um polarizador... E I0I0 I1I1 I2I2

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 se E=E m sen(kx- t)? (d) Qual é o fluxo médio de energia, em W/m 2, associado a esta onda? (e) Se a onda incide em uma placa perfeitamente refletora com uma área de 2,0 m 2, a que taxa o momento é transferido a placa e qual é a pressão exercida pela radiação sobre a placa?

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