Capítulo 34

1. Capítulo 34 Ondas eletromagnéticas

2. Veleiro solar NASA study of a solar sail. The sail would be half a kilometre wide. http://en.wikipedia.org/wiki/File:Solarsail_msfc.jpg

3. Veleiro solar A team from the NASA Marshall Space Flight Center (Marshall), along with a team from the NASA Ames Research Center, developed a solar sail mission called NanoSail-D which was lost in a launch failure aboard a Falcon 1 rocket on 3 August 2008. The NanoSail-D structure was made of aluminum and plastic, with the spacecraft massing less than 10 pounds (4.5 kg). The sail has about 100 square feet (9.3 m2) of light-catching surface. http://en.wikipedia.org/wiki/File:Nano_Sail_D.jpg

4. Heinrich Hertz 34.1 O Arco-íris de Maxwell • James Clerk Maxwell: • raio luminoso = onda eletromagnética • óptica (luz visível) = ramo do eletrom. • Meados do séc. XIX: • espectro = UV-Vis + IR • Heinrich Hertz: • - gerou ondas de rádio • - velocidade = velocidade da luz visível 1831-1879

5. comp. de onda (em metros) curto longo tam. de um comp. de onda molécula de água célula vírus proteína bola de baseball bactéria campo de futebol casa nome comum da onda raios-x “duros” infravermelho ultravioleta ondas de rádio visível micro-ondas raios-x “moles” raios gama fontes rádio FM forno micro-ondas cavidade rf elementos radiativos radar lâmpadas máq. de raios-x ALS pessoas rádio AM freqüência (Hz) energia de um fóton (eV) alta baixa O espectro eletromagnético Não tem limites definidos e nem lacunas.

6. Espectro de Radiação Eletromagnética Região Comp. Onda(Angstroms) Comp. Onda(centímetros) Freqüência(Hz) Energia(eV) Rádio > 109 > 10 < 3 x 109 < 10-5 Micro-ondas 109 - 106 10 - 0.01 3 x 109 - 3 x 1012 10-5 - 0.01 Infra-vermelho 106 - 7000 0.01 - 7 x 10-5 3 x 1012 - 4.3 x 1014 0.01 - 2 Visível 7000 - 4000 7 x 10-5 - 4 x 10-5 4.3 x 1014 - 7.5 x 1014 2 - 3 Ultravioleta 4000 - 10 4 x 10-5 - 10-7 7.5 x 1014 - 3 x 1017 3 - 103 Raios-X 10 - 0.1 10-7 - 10-9 3 x 1017 - 3 x 1019 103 - 105 Raios Gama < 0.1 < 10-9 > 3 x 1019 > 105 Algumas regiões conhecidas

7. Luz do sol

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

9. 34.2 Descrição qualitativa de uma onda eletromagnética Raios-X Raios-g fontes atômicas ou nucleares quântica Luz visível Outros tipos: l aprox. 1m fontes macroscópicas Ex.:

10. Antena

11. Cargas e correntes variam senoidalmente Dipolo (antena) varia senoidalmenteE varia Corrente variaB varia Variações de campo velocidade c ONDA ELETROMAGNETICA

12. Num ponto P distante (onda plana): E E E B B B P P P B P P P P B P B E E E P B

13. Propriedades das ondas eletromagnéticas • E e B perpendiculares à direção de propagação (transversal) • E e B perpendiculares entre si • E´B sentido da propagação • E e B variam senoidalmente, mesma freq. e em fase

14. Campos amplitudes velocidade

15. “Todas as ondas eletromagnéticas se propagam no vácuo com a mesma velocidade c.”

16. Amplitudes e módulos (razão entre amplitudes) (razão entre módulos)

17. Campos se criam mutuamente Lei de indução de Faraday: Lei de indução de Maxwell:

18. 34.3 Descrição matemática de uma onda eletromagnética Lei de indução de Faraday:

19. Lei de indução de Maxwell:

20. 34.4 Transporte de energia e o Vetor de Poynting John Henry Poynting (1852-1914) Taxa de transporte de energia por unidade de área Definição:

21. Direção de propagação da onda e do transporte de energia no ponto. Módulo: Como: (fluxo inst. de energia)

22. Fluxo médio: (intensidade) ou onde

23. Variação da intensidade com a distância s esfera Fonte pontual = isotrópica

24. Exercícios e Problemas 1. Frank D. Drake, um investigador do programa SETI (Search for Extra-Terrestrial Intelligence, ou seja, Busca de Inteligência Extraterrestre), disse uma vez que o grande radiotelescópio de Arecibo, Porto Rico “é capaz de detectar um sinal que deposita em toda a superfície da Terra uma potência de apenas um picowatt”. (a) Qual a potência que a antena do radiotelescópio de Arecibo receberia de um sinal como este ? O diâmetro da antena é 300m. (b) Qual teria que ser a potência de uma fonte no centro de nossa galáxia para que um sinal com esta potência chegasse a Terra? O centro da galáxia fica a 2,2 x 104 anos-luz de distância. Suponha que a fonte irradia uniformemente em todas as direções. (Halliday 34.18P)

26. (a) na superfície terrestre: área da superfície terrestre Mesma onda na antena (supondo sua área plana): raio terrestre rt= 6,37 x 106 m diâmetro da antenad= 300 m

27. (b) Ps = ? I do item anterior

28. 34.5 Pressão de radiação Ondas eletromag. Momento linear pressão de radiação (muito pequena) • Corpo iluminado • Tempo Dt • Livre para se mover • Rad. totalm. absorvida DU de energia

29. Variação de momento Absorção total: Incidência perpendicular e reflexão total: Absorção parcial

30. 2a. Lei de Newton Superfície A: Absorção total: Incidência perpendicular e reflexão total:

31. Pressão de radiação Pressão = força/unidade de área (absorção total) (reflexão total) Pascal

32. Aplicação: resfriamento Nature444, 41-42 (2 November 2006)

33. Aplicação: resfriamento Nature444, 67-70(2 November 2006)

34. 2,60 mm A H Exercícios e Problemas 2. Na figura abaixo, o feixe de um laser com 4,60 W de potência e 2,60 mm de diâmetro é apontado para cima, perpendicularmente a uma das faces circulares (com menos de 2,60 mm de diâmetro) de um cilindro perfeitamente refletor, que é mantido “suspenso” pela pressão da radiação do laser. A densidade do cilindro é 1,20 g/cm3. Qual é a altura H do cilindro? (Halliday 34.26P)

35. Fr Fp

36. 34.6 Polarização Antenas na vertical ou horizontal ? y polarização E z B Plano de polarização

37. Luz polarizada Fonte de luz comum polarizadas aleatoriamente ou não-polarizadas y E E z ou Parcialmente polarizadas setas comp. diferentes

38. Filtro polarizador Não-polarizada em polarizada E feixe incidente polarizador luz polarizada

39. Intensidade da luz polarizada transmitida Luz não-polarizada: não-polariz. polariz. Luz polarizada: projeção o vetor E y Ey Como: E q Ez z (só para luz já polarizada)

40. E I0 q I2 I1 + de 1 polarizador

41. Exercícios e Problemas 3. Na praia, a luz em geral é parcialmente polarizada devido às reflexões na areia e na água. Em uma praia, no final da tarde, a componente horizontal do vetor campo elétrico é 2,3 vezes maior que a componente vertical. Um banhista fica de pé e coloca óculos polarizadores que eliminam totalmente a componente horizontal do campo elétrico. (a) Que fração da intensidade luminosa total chega aos olhos do banhista? (b) Ainda usando os óculos, o banhista se deita de lado na areia. Que fração da intensidade luminosa total chega agora aos olhos do banhista? (Halliday 34.40P)

42. (a) v óculos Ev E q Eh h (b)

43. Exercícios e Problemas 4. Um feixe de luz parcialmente polarizada pode ser considerado como uma mistura de luz polarizada e não-polarizada. Suponha que um feixe deste tipo atravesse um filtro polarizador e que o filtro seja girado de 360º enquanto se mantém perpendicular ao feixe. Se a intensidade da luz transmitida varia por um fator de 5,0 durante a rotação do filtro, que fração da intensidade da luz incidente está associada à luz polarizada do feixe ? (Halliday 34.39P)

44. E Itot q Ifin

45. furo objeto imagem 34.7 Reflexão e Refração Propagação retilínea óptica geométrica (meio isotrópico)

46. raio incidente raio refletido raio incidente raio refletido Ar Vidro raio refratado raio refratado Reflexão e Refração Na interface entre dois meios.

47. Reflexão e Refração

48. Lei da reflexão Raio refletido no plano de incidência

49. Refração

50. Lei da refração Índices de refração (lei de Snell)