Espectro Eletromagnético

O espectro eletromagnético é conceituado como todo do intervalo que compreende as possíveis frequências de radiação eletromagnética, como as ondas de rádio, as micro-ondas, os raios X, o infravermelho, os raios violeta e a luz captada pelos olhos humanos.

Descoberta do Espectro Eletromagnético

Durante séculos a luz visível aos olhos humanos era o único componente conhecido do espectro eletromagnético, e sempre gerou interesse no ser humano. Já na Grécia Antiga, os gregos possuíam a noção de que a luz viaja através do espaço em linha reta e chegaram, até mesmo, a realizar alguns estudos sobre as propriedades da luz, no que é hoje conhecido como Óptica Geométrica.

Foi somente nos séculos XVI e XVII que o estudo a respeito da natureza da Luz começou a gerar teorias científicas mais apuradas a seu respeito e algumas conflitantes entre si. Em 1800 o astrônomo alemão William Herschel fez a primeira descoberta de ondas eletromagnéticas além da luz visível ao olho humano, que foi a luz infravermelha. Usando um prisma, Herschel direcionou a luz solar de maneira que ela se decompusesse para, então, medir a temperatura de cada cor gerada. No experimento, o astrônomo alemão descobriu que a temperatura das cores aumentava do violeta para o vermelho, e que a maior temperatura se localizava logo após o vermelho, numa região do espectro eletromagnético em que nenhuma luz solar era visível.

Pouco tempo depois da descoberta de William Herschel, o físico alemão Johann Wilhelm Ritter analisou a outra extremidade do espectro eletromagnético e descobriu a existência do que ele mesmo chamou de “raios químicos”, que era raios invisíveis de luz que provocação reações químicas e tinham comportamento parecido com os raios de luz violeta visíveis, contudo, estavam além destes no espectro. Posteriormente, os “raios químicos” de Ritter foram batizados de radiação ultravioleta.

Em 1845, novas descobertas foram feitas acerca do espectro eletromagnético, quando Michael Faraday observou que a polarização da luz através de um objeto transparente qualquer representava um campo magnético, estabelecendo assim a primeira relação entre a radiação eletromagnética e o eletromagnetismo. Por volta de 1860, o físico e matemático britânico James Maxwell trabalhou no desenvolvimento de quatro equações diferenciais parciais, que objetivavam explicar o comportamento das ondas no espectro eletromagnético. Através da análise da velocidade de ondas teóricas, James Maxwell descobriu que as ondas viajavam a uma velocidade muito próxima a velocidade da luz, o que fez crer que a própria luz era uma onda eletromagnética. As equações desenvolvidas por Maxwell também eram capazes de prever um número praticamente infinito de frequências de ondas eletromagnéticas, com todas elas viajando à velocidade da luz. Esse foi o primeiro sinal da existência de um espectro eletromagnético completo.

No final do Século XIX, o físico Henrich Hertz construiu um aparelho capaz de gerar e detectar ondas de rádio, na tentativa de comprovar as equações de Maxwell e detectar radiações de baixíssima frequência. Hertz foi bem sucedido com seu aparelho e conseguiu provar, através da medicação do comprimento e multiplicação de suas frequências, que as ondas viajavam à velocidade da luz. Hertz foi além, e provou que a radiação também poderia ser refletida e refratada, assim como a luz.

A última parte do espectro eletromagnético foi descoberta por Paul Villard, com os raios gama. Villard estava analisando a emissão de radiação do radium até que observou um tipo desconhecido de radiação, que a princípio ele pensou se tratar de partículas alfa e beta, porém, com capacidade de penetração bem maior que ambas.

Contudo, dez anos depois, o físico William Henri Bragg provou que os raios gama se tratavam de uma radiação eletromagnética e não de uma partícula como havia pensado Villard. Pouco tempo depois a dupla Enerst Tutherford e Edward Andrade mediram os comprimentos de onda dos raios gama e comprovaram que eles eram parecidos com os já conhecidos raios x, contudo possuíam comprimento menor e frequência maior.

Interações do espectro eletromagnético

As ondas eletromagnéticas se relacionam com as diversas matérias de formas diferentes ao longo de todo o espectro eletromagnético. As diferentes interações podem ser tão dispares entre si que é possível se referir a elas como tipos diferentes de radiação. Contudo, ao mesmo tempo há uma certa continuidade entre estas diferentes radiações e, por esta razão, o espectro é dividido com base nas diferentes interações que possui com a matéria.

• Rádio: Oscilação plasmática, ou oscilação coletiva de partículas. Por exemplo, a oscilação de elétrons em uma antena.
• Microondas: Oscilação plasmática e rotação molecular.
• Infravermelho: Vibração molecular e oscilação plasmática somente em metais.
• Visível: Excitação do elétron molecular e oscilação plasmática somente em metais.
• Ultravioleta: Excitação molecular e de elétrons, com efeito fotoelétrico.
• Raio-X: Excitação e ejeção de elétrons, Efeito Compton para números atômicos baixos.
• Raios Gama: Ejeção de energia dos elétrons do átomo. Efeito Compton para todos números atômicos. Excitação nuclear do átomo, com dissociação do núcleo.
• Raios Gama de Alta Energia: Geração de pares de partícula e antipartícula. Por exemplo, um único fóton de alta energia pode criar diversas partículas de alta energia e antipartículas com a interação com a matéria.