Ondas Eletromagnéticas
As equações de Maxwell preveem ondas auto-sustentáveis de campos elétricos e magnéticos que se propagam à velocidade da luz e abrangem o espectro eletromagnético.
Definition
Ondas eletromagnéticas são oscilações acopladas de campos elétricos e magnéticos, transversais e em fase no vácuo, que satisfazem a equação de onda derivada das equações de Maxwell e transportam energia e momento à velocidade da luz através do espaço ou de meios.
Scope
Esta área abrange as soluções de onda das equações de Maxwell: ondas eletromagnéticas planas e outras no vácuo e em meios, polarização, transporte de energia e momento por ondas, reflexão e refração em interfaces, dispersão e absorção, e propagação guiada em guias de onda e linhas de transmissão. Trata o espectro eletromagnético completo como um fenômeno único, enquanto a emissão de radiação por fontes é abordada na área de radiação e antenas.
Sub-topics
Core questions
- Como as equações de Maxwell dão origem a ondas propagantes?
- Como as ondas são polarizadas e como transportam energia?
- Como as ondas se comportam em fronteiras e em meios dispersivos?
- Como as ondas eletromagnéticas são guiadas em estruturas?
Key concepts
- equação de onda
- onda plana
- polarização
- espectro eletromagnético
- velocidade de fase e de grupo
- reflexão e refração
- dispersão
- guia de onda
Key theories
- Equação de onda eletromagnética
- A combinação das equações de rotação de Maxwell produz uma equação de onda para os campos com velocidade de propagação definida pelas constantes elétricas e magnéticas, igual à velocidade da luz e identificando a luz como uma onda eletromagnética.
- Ondas planas transversais e polarizadas
- No espaço livre, os campos elétricos e magnéticos de uma onda plana são mutuamente perpendiculares e perpendiculares à direção de propagação, com a orientação do campo elétrico definindo a polarização.
- Existência de ondas eletromagnéticas (Hertz)
- Hertz gerou e detectou ondas eletromagnéticas em laboratório, confirmando a previsão de Maxwell e demonstrando reflexão, refração e polarização análogas à luz.
Clinical relevance
As ondas eletromagnéticas são a base da comunicação via rádio e sem fio, radar, fibra óptica e óptica de espaço livre, sistemas de micro-ondas e ondas milimétricas, e imagem em todo o espectro, desde o rádio até os raios X, na medicina e na indústria.
History
Maxwell previu as ondas eletromagnéticas na década de 1860 e identificou a luz como uma dessas ondas. Hertz confirmou sua existência experimentalmente em 1887-1888, e o rápido desenvolvimento do rádio por Marconi e outros, juntamente com a tradição óptica de Fresnel, estabeleceu a unidade do espectro eletromagnético.
Key figures
- James Clerk Maxwell
- Heinrich Hertz
- Augustin-Jean Fresnel
Related topics
Seminal works
- jackson1998
- born1999
- hertz1893
Frequently asked questions
- Por que as ondas eletromagnéticas viajam à velocidade da luz?
- A equação de onda das equações de Maxwell possui uma velocidade de propagação fixada pela permissividade e permeabilidade do meio; no vácuo, essa velocidade é igual à velocidade da luz medida, mostrando que a luz é uma onda eletromagnética.
- Ondas de rádio e luz visível são o mesmo tipo de coisa?
- Sim; todas são ondas eletromagnéticas que diferem apenas em frequência e comprimento de onda, formando juntas o espectro eletromagnético, desde ondas de rádio, passando por micro-ondas, infravermelho, luz visível, ultravioleta, raios X e raios gama.