professor felipe são perturbações periódicas, ou oscilações de partículas ou do espaço, por...
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Professor Felipe
Técnico de Operações – P-25
Petrobras
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A Física das Radiações Eletromagnéticas
Ondas eletromagnéticas fazem parte do nosso dia-a-dia. Iniciando pelo
Sol, a maior e mais importante fonte para os seres terrestres, cuja vida
depende do calor e da luz recebidos através de ondas eletromagnéticas,
algumas delas com potencial nocivo.
A Física das Radiações Eletromagnéticas
O que nos interessa aqui são as fontes terrestres de radiação
eletromagnética (estações de rádio e de TV, o sistema de
telecomunicações à base de microondas, e muitas outras). O
benefício dessas tecnologias é imenso – custo x riscos potencias!
A Física das Radiações
Eletromagnéticas
Campo eletromagnético (EMF) é caracterizado pela sua freqüência ou
comprimento de onda correspondente (wavelength). Essas ondas são
carregadas por partículas denominadas “quanta” que carregam maior energia
quanto maior a freqüência da onda.
A Física das Radiações
Eletromagnéticas
Radiações ionizantes são radiações eletromagnéticas de alta freqüênciae que carregam energia suficiente para quebrar ligações químicas.
Radiações eletromagnéticas na faixa da comunicação celular tem muito
menor energia e são incapazes de quebrar ligações químicas -> não
ionizantes! A energia de um fóton na radiação de RF é menor que 0.1% da
energia cinética de ligação (1,6x10-19J).
Esta questão foi elucidada por Albert Einstein, ao afirmar que
a radiação solar se propaga por meio de pequenos pulsos ou
feixes de fótons – quanta (plural de quantum) – individuais.
Essa teoria foi denominada corpuscular.
Planck descobriu que os quanta associados a uma
determinada freqüência (v) da radiação possuem todos a
mesma energia e que esta energia (E) é diretamente
proporcional à freqüência.
Natureza da Radiação Solar
Esquema mostrando a emissão de fótons
CONCLUSÃO
a) Quanto maior a energia, menor será o comprimento de
onda
b) Quanto maior o comprimento de onda, menor será a
freqüência da radiação
Hoje, sabe-se, pela teoria quântica, que um elétron quando
absorve energia do meio salta de um nível de energia (camada
ou subcamada orbital) mais próximo do núcleo para um outro
mais afastado, tornando-se o átomo instável e carregado
negativamente. Para voltar à sua estabilidade, o elétron transfere
esta energia para outros átomos ou para o meio, por um processo
de transferência de energia.
hE
c
chE
Em que:
v = freqüência, em HZ;
h = constante de Planck, de 6,63 x 10-34 Js-1;
c = velocidade da luz, de 3 x 108 ms-1;
λ = comprimento de onda , em m;
E = energia, em J.
hE c
chE
Em que:
v = freqüência, em Hz;
h = constante de Planck, de 6,63 x 10-34 Js-1;
c = velocidade da luz, de 3 x 108 ms-1;
λ = comprimento de onda , em m;
E = energia, em J.
Ondas são perturbações periódicas, ou oscilações de
partículas ou do espaço, por meio das quais muitas
formas de energia se propagam a partir de suas fontes
Se a energia se propaga no espaço, de
que maneira ocorre essa propagação?
Esse fato pode ser elucidado pela teoria ondulatória,
segundo a qual, a radiação solar se propaga em
linha reta, por meio de um campo eletromagnético
em movimento ondulatório.
A) Uma onda não propaga matéria;
B) As ondas propagam apenas energia, que é transferida por meio de
átomos e moléculas da matéria.
C) De modo geral as ondas necessitam de um meio material para se
propagarem, exceto as eletromagnéticas, que se propagam no vácuo;
Ondas Eletromagnéticas
Entre duas cargas elétricas em movimento existem o
campo elétrico e o magnético perpendiculares entre
si, ou seja, criam-se um campo elétrico e um campo
magnético
Esquema de uma onda
eletromagnética: campo
elétrico (E), campo
magnético (M) e sentido de
propagação (C)
Radiação visível (luz)
Conjunto de radiações eletromagnéticas
compreendidas entre 0,39 e 0,70 micrômetros. As
radiações contidas nesta faixa de comprimento de
onda, ao incidirem no sistema visual humano, são
capazes de provocar uma sensação de cor no
cérebro.
Decomposição da luz branca
através de um prisma
Separação das cores
Radiação visível (luz)
0,620 a 0,700620 a 700Vermelha
0,592 a 0,620592 a 620Laranja
0,578 a 0,592578 a 592Amarela
0,500 a 0,578500 a 578Verde
0,446 a 0,500446 a 500Azul
0,400 a 0,446400 a 446Violeta
Micrômetro ( m)Nanômetro (nm)
Comprimento de ondaCor
m
RADIAÇÃO ULTRAVIOLETA: conjunto de radiações compreendidas na faixa de 0,01 a
0,38 micrômetros. Estas radiações são muito produzidas durante as reações nucleares
no Sol. Entretanto, ao atingir o topo da atmosfera terrestre, são quase totalmente
absorvidas pelo gás ozônio (O3). O espectro do UV é dividido em três bandas: UV
próximo (0,3 a 0,38 micrômetros), UV distante (0,2 a 0,3 micrômetro) e UV máximo (0,1
a 0,2 micrômetro).
RAIOS X: radiações cujas freqüências de onda estão acima das da radiação
ultravioleta, ou seja, possuem comprimentos de ondas menores. São muitos
usados em radiografias e em estudos de estruturas cristalinas de sólidos. Os raios X
provenientes do Sol são absorvidos pelos gases na alta atmosfera.
RADIAÇÃO GAMA: emitida por materiais radiativos e pelo Sol. Localiza-se no
espectro eletromagnético antes dos raios X, ou seja, aquém de 1 ângstrom. Possui
altas freqüências e, por isso, é muito penetrante (alta energia). Na prática tem
aplicação na medicina (radioterapia) e em processos industriais, principalmente na
conservação de alimentos.
Microondas
Radiação Infravermelha (IV)Conjunto de radiações eletromagnéticas cujos comprimentos de onda
variam de 0,7 a 1.000 micrômetros. Situam-se no espectro
eletromagnético entre a luz vermelha e as microondas; às vezes recebem
a denominação de radiação térmica.
Radiações eletromagnéticas que se estendem pela região do espectro de
1.000 micrômetros até cerca de 1 x 10-6 micrômetros (1 m). São
comumente referenciadas em Hertz e seus múltiplos, estando, neste
caso, compreendidas entre 300 GHz a 300 MHz.
Ondas de rádioConjunto de radiações eletromagnéticas com frequências menores que
300 MHz (comprimento de onda maio que 1 m). Estas ondas são
utilizadas principalmente em telecomunicação e radiodifusão.
Conjunto de todas as radiações, desde os raios gama até as ondas de
rádio, que nada mais é do que a ordenação das radiações em função
do comprimento de onda e da frequência.
Espectro eletromagnéticoCONCLUÃO
Espectro Eletromagnético
Esquema do espectro eletromagnético
Leis de Stefan - BoltzmannDefine as relações entre o total da radiação emitida (E) em watts/m2 e a
temperatura (T) expressa em graus kelvin (oK):
4TE
Em que:
E = radiaância total emitido pela superfície (W/m2);
= constante de Stefan-Boltzmann = 5,6693 x 10 -8 Wm-2 K-4;
T = temperatura em Kelvin emitida pelo material;
= emissividade
Emissão máxima de algumas estrelas Esquema mostrando a radiação
emitida pela superfície
A energia de um fóton de radiação eletromagnética de freqüência f é dada por:
E = h . fOnde:
E = energia de um fóton
h = constante de Planck
h= 6,63 x 10-34 Js ou h= 4,14 x 10-15 eV . s
f= Freqüência da radiação emitida
Note que a frequência emitida é diretamente proporcional a energia, ou seja, quanto maior for a frequência da radiação, maior é a energia de seus fótons.
Pela teoria proposta pela física clássica, a luz era considerada uma radiação eletromagnética, portanto ela se comportava como uma onda
I – O efeito fotoelétrico só ocorre a partir de uma determinada frequência fmín.
II – A partir do momento que o fenômenotem início, a quantidade de cargasemitidas (fotoelétrons) da placa édiretamente proporcional à intensidadeda luz.
III – Para frequências menores quefmín, o fenômeno não existe.
Segundo Einstein, as partículas de luz deveriamse chocar contra os elétrons, transferindo energiapara eles durante a colisão. Só que o elétron estápreso no material e, para libertar-se de sua ”prisãoenergética” precisa receber uma certa dose deenergia que, fisicamente corresponde a um trabalho aser realizado. Essa dose de energia para arrancar oelétron é chamada de função trabalho ( ).f
O elétron recebe um quanta de energia :
Ec = h.f -
I) Se a energia (h.f) for menor que a função trabalho ( ), não haverá energia mínima suficiente para liberar o elétron e nada ocorre.
II) Se a energia (h.f) for maior que a função trabalho ( ), haverá energia suficiente para liberar o elétron com “sobra”. Esse excedente de energia (hf - ), será igual a energia cinética (Ec) adquirida pelo elétron(Ec = hf - ).
f
f
f
f
f
III) Se a energia (hf) for igual a funçãotrabalho ( ), haverá energia suficienteapenas para liberar o elétron, mas nãoteremos “sobra”. Nesse caso, Ec = 0.Essa hipótese corresponde o caso limitea partir do qual o elétron passa a serliberado do metal. A frequência naexpressão hf = corresponde ao valormínimo (fmin) a partir do qual o efeitofotoelétrico começa ocorrer. Assim:hfmin=
f
f
f
Tenha quantidade mínima de energia, Para vencer o choque os átomos vizinhos e a atração dos núcleos desses átomos
Para o elétron conseguir escapar é necessário que:
A energia mínima para esse elétron escapar do metalcorresponde a uma função trabalho (f), que é característico
de cada metal.
Quando o elétron recebe energia hf, essa deve sersuperior a função trabalho (f) para que o elétron possa escapar,
O excesso de energia é conservado pelo fotoelétronem forma de energia cinética.
Observação:
Ec = hf - f
y = ax + b
Analogia:
Frequência de corte (fmin):
- para acharmos a frequência de corte ( fmin),
- hf0 = f , note que se isso ocorre se, Ec = 0
A emissão de fotoelétrons pela placa não depende daintensidade de radiação incidente, mas sim da freqüênciada radiação (essa freqüência é a freqüência de corte fmin).
A intensidade de radiação incidente tem haver com o
número de elétrons arrancados, maior intensidade
corresponde a um maior número de elétrons arrancados.
Observação:
Petrobras 2010 março TO prova 4039
Com relação à Radiação Eletromagnética, considere as afirmativas abaixo.
I - São ondas eletromagnéticas produzidas por cargas elétricas aceleradas e
classificadas por ordem crescente de frequência.
II - São ondas longitudinais que necessitam de um meio material para se
propagar.
III - Transportam energia e quantidade de movimento e se deslocam, no
vácuo, a uma velocidade aproximada de 300.000 km/s, independente da
frequência.
É(São) correta(s) APENAS a(s) afirmativa(s)
(A) I. (B) II. (C) III. (D) I e II. (E) I e III.
Petrobras 2010 março TQ prova 52
12
Com relação às ondas eletromagnéticas, analise as
afirmações abaixo.
I - É uma onda constituída de campos elétricos e magnéticos
que podem se propagar no vácuo, sem a necessidade de
um meio material para dar suporte a elas.
II - A luz visível, o infravermelho, o ultravioleta, o Raio-X e o
Raio Y são exemplos de ondas eletromagnéticas.
III - O espectro das ondas eletromagnéticas é classificado
pela frequência, sendo que quanto maior a frequência da
onda, menor é a energia que ela transporta.
Está(ão) correta(s) APENAS a(s) afirmação(ões)
(A) I. (B) II. (C) III. (D) I e II. (E) II e III.
Petrobras 2010 TPP prova 0232
Com relação à radiação eletromagnética, considere as afirmativas abaixo.
I - Radiação eletromagnética é uma onda na qual um campo magnético
variável induz um campo elétrico também variável no tempo que, por sua
vez, produz um campo magnético variável e assim sucessivamente se
propagam as ondas eletromagnéticas.
II - Radiação eletromagnética é uma onda eletromagnética de natureza
mecânica que necessita de um meio material condutor para se propagar,
uma vez que no vácuo, ou seja, na ausência de matéria, não há
propagação.
III - Radiação eletromagnética é uma onda de campos elétricos e magnéticos
que oscilam longitudinalmente, ou seja na mesma direção de
propagação, possuindo as mesmas características das ondas sonoras,
que se propagam no vácuo a uma velocidade de 300 km/h.
Está(ão) correta(s) APENAS a(s) afirmativa(s)
(A) I. (B) II. (C) III. (D) I e II. (E) II e III.
Petrobras 2010.2 TO prova 41
26
Uma radiação eletromagnética, propagando-se no ar, sofre
refração ao penetrar em um meio mais refringente. Nesta
mudança de meio, é mantida constante a seguinte
característica física da onda:
(A) velocidade.
(B) massa.
(C) frequência.
(D) comprimento.
(E) momento de dipolo magnético
Petrobras 2011 TIE prova 29
49 -Com respeito às ondas eletromagnéticas, analise as afirmações a
seguir.
I - É uma onda composta por um campo elétrico e um magnético, que
se pode propagar no vácuo, portanto, sem a necessidade de um
meio material para lhe dar suporte.
II - A luz visível, o infravermelho, o ultravioleta e o Raio X são exemplos
de ondas eletromagnéticas.
III - Quanto maior a frequência da onda, menor é a energia que ela
transporta.
Está correto o que se afirma em
(A) I, apenas.
(B) II, apenas.
(C) III, apenas.
(D) I e II, apenas.
(E) I, II e III.
Petrobras 2001.1 TO prova 3625 - A radiação eletromagnética é um fenômeno ondulatório no qual um campo
elétrico e outro magnético oscilam periodicamente enquanto a onda se propaga
num determinado meio. A velocidade de propagação das onda
eletromagnéticas no vácuo, é c 3,0 x 108 m/s.
Qual das opções abaixo descreve a características físicas de uma onda
eletromagnética?
(A) Necessita de um meio material para se propagar. É uma onda do tipo
transversal, ou seja, os campos elétrico e magnético oscilam perpendiculares à
direção de propagação.
(B) Necessita de um meio material para se propagar. É uma onda do tipo
longitudinal, ou seja, os campos elétrico e magnético oscilam na mesma
direção da propagação.
(C) Não necessita de um meio material para se propagar. É uma onda do tipo
transversal, ou seja, os camposelétrico e magnético oscilam perpendiculares à
direção de propagação.
(D) Não necessita de um meio material para se propagar. É uma onda do tipo
transversal, ou seja, os campos elétrico e magnético oscilam na mesma direção
da propagação.
(E) Não necessita de um meio material para se propagar. É uma onda do tipo
longitudinal, ou seja, os campos elétrico e magnético oscilam na mesma
direção da propagação.
Petrobras 2011.2 TPP prova 0956- A luz visível é apenas uma pequena parte do espectro da radiação
eletromagnética. Observe as afirmativas a seguir concernentes às
radiações eletromagnéticas.
I – O calor proveniente do sol é resultado da radiação infravermelha, que é
invisível.
II – A radiação emitida por uma lâmpada incandescente acesa apresenta um
espectro aproximadamente igual ao de um corpo negro.
III – As estrelas que vemos no céu na cor branca emitem um espectro
contínuo de radiação cobrindo toda a faixa do visível.
IV – De acordo com a relação de Planck, quanto maior o comprimento de
onda de uma radiação eletromagnética, mais energética ela é.
São corretas APENAS as afirmativas
(A) I e II
(B) I e III
(C) I e IV
(D) II e IV
(E) III e IV
Petrobras
2012 TIE
prova 39
Petrobras 2008 TO prova 17
37 - Considere as afirmações abaixo, sobre radiações
eletromagnéticas.
I - As radiações eletromagnéticas, tais como ondas de rádio, luz
visível, raios X e raios , têm em comum, no vácuo, a velocidade.
II - Os raios X são radiações eletromagnéticas de freqüência maior
do que a luz visível.
III - Elétrons em movimento vibratório podem fazer surgir ondas
mecânicas e eletromagnéticas.
É (São) correta(s) APENAS a(s) afirmativa(s)
(A) I (B) II (C) III (D) I e II (E) I e III
Petrobras 2011.2 TPP prova 0956
A luz visível é apenas uma pequena parte do espectro da radiação eletromagnética. Observe as afirmativas a seguir concernentes às radiações eletromagnéticas.
I – O calor proveniente do sol é resultado da radiação infravermelha, que é invisível.
II – A radiação emitida por uma lâmpada incandescente acesa apresenta um espectro aproximadamente igual ao de um corpo negro.
III – As estrelas que vemos no céu na cor branca emitem um espectro contínuo de radiação cobrindo toda a faixa do visível.
IV – De acordo com a relação de Planck, quanto maior o comprimento de onda de uma radiação eletromagnética, mais energética ela é.
São corretas APENAS as afirmativas
(A) I e II
(B) I e III
(C) I e IV
(D) II e IV
(E) III e IV
Transpetro 2011 TO prova 29
56
A radiação eletromagnética sensível ao olho humano definida como luz visível. A faixa de comprimento de onda da luz visível varia de 400 x 10-9 m a 700 x 10-9 m. A frequência que está dentro do espectro visível é
Dado: A velocidade da luz no vácuo é de 300 x 106 m/s.
(A) 60 x 1017 Hz
(B) 60 x 1016 Hz
(C) 60 x 1015 Hz
(D) 60 x 1014 Hz
(E) 60 x 1013 Hz
Transpetro 2012 TO prova 25
Petrobras 2011 TIE prova 29
Petrobras 2012 – TPP- prova48
Petrobras 2005 TO 41 - A radiação eletromagnética é formada por um campo elétrico e um
campo magnético que oscilam perpendicularmente entre si e
perpendicularmente à direção de propagação da radiação, como mostra a
figura abaixo.
A onda eletromagnética se move com a velocidade da luz e pode ser definida em
termos da sua freqüência de oscilação ou da distância entre picos sucessivos
(comprimento da onda). A respeito das propriedades da radiação eletromagnética, é
correto afirmar que:
(A) a região de luz visível se situa no espectro eletromagnético entre as regiões de
radiação infravermelha e ultravioleta.
(B) as ondas de rádio possuem comprimento de onda inferior ao dos raios ultravioleta.
(C) os raios gama e os raios-X possuem energia inferior à da radiação de microondas.
(D) seu comprimento de onda é diretamente proporcional à sua freqüência.
(E) só se propaga em meios materiais e, portanto, não se propaga no vácuo.
Petrobras 2005 TO
32 -Para que uma radiação consiga extrair elétrons de uma
placa de tungstênio, é necessário que sua frequência seja, no
mínimo, de 1,50 x 1015 Hz. Sendo assim, a energia cinética
máxima, em elétron-volts, dos elétrons emitidos pelo tungstênio,
no vácuo, quando nele incide uma radiação de comprimento de
onda igual a 150 nm, é, aproximadamente, igual a
Dados:
- constante de Planck h = 6,63 x 10–34 J.s
- velocidade das ondas eletromagnéticas no vácuo c = 3,0 x 108 m/s
- massa do elétron m = 9,1 x 10–31 kg
- 1 eV = 1,6 x 10–19 J
(A) 2,1 (B) 4,8 (C) 6,9 (D) 11,5 (E) 18,5
Petrobras 2012 TO38
A lâmpada de vapor de sódio, à baixa pressão, emite luz
amarela praticamente monocromática. O comprimento de onda
dessa luz no vácuo é de, aproximadamente, 588 nm.
A luz emitida por essa lâmpada se propaga dentro do vidro
com comprimento de onda, em nm, aproximadamente igual a
Dados: velocidade da luz no vácuo: 3,0 x 108 m/s
velocidade da luz no vidro: 2,0 x 108 m/s
(A) 196 (B) 294 (C) 392 (D) 882 (E) 1.176