Modelo ondulatório para radiações eletromagnéticas
Por volta de 1860, Maxwell desenvolveu quatro equações que, basicamente, sintetizam o comportamento dos fenômenos elétricos e magnéticos.
Maxwell
As equações de Maxwell sugerem que o campo elétrico e o campo magnético propagam-se concomitantemente. Assim, esse conjunto de equações permite fazermos algumas inferências, dentre elas:
- um campo elétrico variável no tempo induz o surgimento de um campo magnético;
- um campo magnético variável no tempo induz o surgimento de um campo elétrico.
Portanto, se forem gerados um campo elétrico e um campo magnético, ambos variáveis no tempo, um será capaz de sustentar a existência do outro, de modo que será perfeitamente possível a coexistência e a propagação de ambos. Ao se propagarem, esses dois campos constituem as radiações eletromagnéticas, como as ondas de rádio, a luz visível, as micro-ondas, os raios X, etc.
Por apresentarem comportamento ondulatório, as radiações eletromagnéticas também são chamadas de ondas eletromagnéticas (OEM). Heinrich Hertz foi quem provou, experimentalmente, em 1887, a existência das OEM ao gerar e detectar ondas de rádio em seu laboratório.
Heinrich Hertz
De acordo com a teoria proposta por Maxwell para o Eletromagnetismo, as OEM são produzidas por cargas elétricas em movimento acelerado. Um exemplo de aplicação desse princípio são as antenas emissoras de rádio, que geram suas ondas a partir de elétrons oscilantes. Ao realizar um movimento de frequência f, um elétron (ou uma partícula eletricamente carregada) emite uma OEM cuja frequência também é f.
Na figura abaixo, podemos observar uma representação simplificada de como ocorre a propagação de um pulso eletromagnético — uma OEM plana.
Além de serem variáveis no tempo, os campos elétrico e magnético são perpendiculares entre si e à direção de propagação.
Uma OEM não precisa de um meio material para se propagar (como é o caso das ondas mecânicas, por exemplo). Portanto, existe a possibilidade de ela propagar-se no vácuo. A velocidade de propagação das ondas eletromagnéticas no vácuo foi calculada por Maxwell antes mesmo de ele saber que a luz era uma OEM. A expressão matemática que nos fornece o valor dessa velocidade, c, é dada por:
Onde:
ε0= 8,85x10-12 F/m (permissividade elétrica do vácuo);
μ0= 4πx10-7 T.m/A (permeabilidade magnética do vácuo);
c = 2,99792x108 m/s (velocidade da luz).
Os resultados acima valem tanto para o vácuo como para o ar, e coincidem com a velocidade de propagação da luz no ar, obtida experimentalmente. Baseado nisso, Maxwell concluiu que a luz visível também era uma OEM.
É importante salientar que as OEM não interagem com os campos elétricos e magnéticos por onde passam. Desse modo, a luz não sofre desvios ao passar próximo a um corpo eletrizado ou a um polo magnético.
