Ondas Eletromagnéticas: Conceitos, Propriedades e Aplicações, Esquemas de Física Clássica

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FÍSICA IV :

Ondas Eletromagnéticas

Prof. Vitor dos Santos Ferreira

Equações de Maxwell

• As relações entre campos magnéticos e elétricos e suas fontes podem ser descritas de modo conciso a partir de quatro equações.
• Esse conjunto forma uma base completa para relacionar os campos E e B às fontes desses campos.

Geração de radiação eletromagnética

Linhas do campo elétrico de uma carga puntiforme que oscila com movimento harmônico simples , vistas em cinco instantes durante um período completo T da oscilação.

Descrição qualitativa de uma onda Eletromagnética

1. Os campos E e B são perpendiculares à direção de propagação da onda.
2. O campo elétrico é perpendicular ao campo magnético.
3. O produto vetorial E x B aponta no sentido de propagação da onda.
4. Os campos variam senoidamente, com as ondas transversais. Além disso, variam com a mesma frequência e estão em fase. Um oscilador LC produz uma corrente senoidal na antena, que gera a onda. P é um ponto distante no qual um detector pode indicar a presença da onda.

• Aplicação da lei de Faraday para uma onda plana. Para verificarmos se a onda satisfaz à lei de Faraday, aplicamos essa lei a um retângulo efgh paralelo ao plano xy.

• Aplicação da lei de Ampère para uma onda plana. Para verificarmos se a onda satisfaz à lei de Ampère, aplicamos essa lei a um retângulo efgh paralelo ao plano xz.

Equação da onda eletromagnética no vácuo

• Aplicação da lei de Ampère para uma

onda plana.

• Aplicação da lei de Faraday para uma

onda plana.

Ondas Eletromagnéticas

• As ondas eletromagnéticas, que se propagam no vácuo com velocidade igual à da luz c , foram previstas pelas equações de Maxwell.
• As ondas eletromagnéticas são transversais , os campos E e B são perpendiculares entre si e perpendiculares a direção de propagação.

Energia e momento linear em ondas eletromagnéticas

• A taxa do fluxo de energia (potência por unidade de área) para uma onda eletromagnética se propagando no vácuo é dada pelo vetor de Poynting
• A taxa média de transporte de energia por unidade de área de uma onda eletromagnética é dada por S méd e é chamada de intensidade I da onda:

Energia e momento linear em ondas eletromagnéticas

Uma fonte pontual de ondas eletromagnéticas emite as ondas isotropicamente, ou seja, com a mesma intensidade em todas as direções. A intensidade de uma onda eletromagética a uma distância r de uma fonte pontual de potência P S é dada por

Exemplo 3: Energia de uma onda senoidal

Uma estação de rádio na superfície terrestre irradia ondas senoidais com uma potência média total igual a 50 kW. Supondo que a emissora irradie uniformemente em todas as direções acima do solo (o que não é provável em situações reais), determine as amplitudes E máx e B máx detectadas por um satélite a uma distância de 100 km da antena.

Fluxo de momento linear eletromagnético e pressão da

radiação

Uma onda eletromagnética também transporta momento linear. Ao atingir uma superfície, uma onda eletromagnética exerce uma pressão de radiação p rad

Quando a superfície é perpendicular à direção de propagação e é totalmente absorvida, p rad = I/c ; quando ocorre reflexão total na superfície, p rad = 2 I/c.

Ondas eletromagnéticas estacionárias

Quando uma superfície refletora ideal é colocada em x = 0 , as ondas refletidas e incidentes formam ondas estacionárias. Os planos nodais de formam-se nos pontos kx = 0 , π, 2 π, ..., e os planos nodais de formam-se nos pontos kx = π/ 2 , 3 π/ 2 , 5 π/ 2 , .... Em cada ponto, as variações senoidais de E e B de estão defasadas em 90 °.

Referências

1. FREEDMAN, R. A.; YOUNG, H. D. Física III-Eletromagnetismo. 2016.
2. HALLIDAY, David; RESNICK, Robert; WALKER, Jearl. Fundamentos de Física: Óptica E Física Moderna. Vol. 4. Grupo Gen-LTC, 2009.
3. NUSSENZVEIG, Herch Moysés. Curso de física básica: Ótica, relatividade, física quântica (vol. 4 ). Editora Blucher, 2014.