Radiação eletromagnética

A radiação eletromagnética se refere a uma forma de transferência linear de energia . A radiação de luz visível é radiação eletromagnética, mas é apenas uma pequena parte do amplo espectro eletromagnético . A propagação dessa radiação, de uma ou mais partículas, dá origem a diversos fenômenos como atenuação , absorção , difração e refração , redshift , interferência , ecos, interferência eletromagnética e efeitos biológicos .

A radiação eletromagnética pode ser descrita de forma corpuscular como a propagação de fótons ( vetor bóson da interação eletromagnética ), ou de forma ondulada como onda eletromagnética . Ele se manifesta na forma de um campo elétrico acoplado a um campo magnético .

A onda eletromagnética e o fóton

A luz significa uma radiação eletromagnética visível pelo olho humano. As ondas de rádio , os raios X e γ também são radiação eletromagnética.

Devido à dualidade onda-partícula , a radiação eletromagnética pode ser modelada de duas maneiras complementares:

• onda eletromagnética  : radiação é a propagação de uma variação nos campos elétricos e magnéticos; um espectrógrafo permite que essa onda seja quebrada em ondas monocromáticas de diferentes comprimentos de onda e frequências que podem então ser analisadas;λ{\ displaystyle \ lambda}ν{\ displaystyle \ nu}
• fóton  : a mecânica quântica associa aos modos normais de radiação eletromagnética monocromática uma partícula de massa zero e spin 1 chamada fóton, cuja energia está onde está a constante de Planck .E=hν{\ displaystyle E = h \ nu \,}h{\ displaystyle h}

O impulso do fóton é igual a . p{\ displaystyle p}p=Evs=hνvs{\ displaystyle p = {\ frac {E} {c}} = {\ frac {h \ nu} {c}}}

A energia dos fótons de uma onda eletromagnética é conservada ao cruzar diferentes meios transparentes (por outro lado, uma certa proporção dos fótons pode ser absorvida).

No vácuo, a radiação eletromagnética e, em particular a luz, viaja a uma velocidade de 299.792.458  m / s . Essa velocidade, chamada de velocidade da luz e notada c , é uma das constantes físicas fundamentais.

O comprimento de onda é igual a:

λ=vsνν{\ displaystyle \ lambda = {\ frac {c _ {\ nu}} {\ nu}}}

vsν{\ displaystyle c _ {\ nu}}sendo a velocidade da luz no meio considerado para a freqüência , com ( sendo o índice de refração da luz monocromática de freqüência no meio considerado). ν{\ displaystyle \ nu}vsν=vs/nãoν{\ displaystyle c _ {\ nu} = c / n _ {\ nu}}nãoν{\ displaystyle n _ {\ nu}}ν{\ displaystyle \ nu}

A descoberta, no final do XIX °  século, a velocidade da luz no vácuo é independente do repositório levou ao desenvolvimento da teoria da relatividade .

Propriedades

• Qualquer corpo em uma temperatura acima do zero absoluto , seja -273,15 ° C ou 0 K ou -459,67 ° F, emite radiação eletromagnética chamada radiação térmica ou radiação de corpo negro .
• Um corpo que recebe radiação eletromagnética pode refletir parte dela e absorver o resto. A energia absorvida é convertida em energia térmica e contribui para o aumento da temperatura deste corpo.
• Uma partícula carregada com alta energia emite radiação eletromagnética:
  • quando é desviada por um campo magnético: é radiação síncrotron  ; esta radiação síncrotron é usada como uma fonte de raios-X para muitos experimentos de física e biologia (linhas de luz ao redor de um síncrotron);
  • quando entra em outro ambiente: é a “  radiação de frenagem contínua  ”;
• A absorção de um fóton pode causar transições atômicas, ou seja, excitar um átomo cuja energia aumenta pela modificação do orbital de um de seus elétrons.
• Quando um átomo excitado retorna ao seu estado de energia fundamental, ele emite um fóton cuja energia (e, portanto, a frequência) corresponde a uma diferença entre dois estados de energia do átomo.
• Algumas radiações eletromagnéticas carregam energia suficiente para extrair elétrons da matéria, que é radiação ionizante .
• Na mesma área do espectro eletromagnético, os fótons são capazes de formar pares elétron-buraco em semicondutores (princípio CCD). Ao se recombinar, o elétron e o buraco emitem luz (princípio dos diodos).
• As reações nucleares, como fissão , fusão e decadência , são freqüentemente acompanhadas pela emissão de fótons de alta energia chamados de raios γ ( raios gama ).

Espectro eletromagnético

Um espectro eletromagnético é a decomposição da radiação eletromagnética de acordo com seu comprimento de onda , ou, equivalentemente, sua frequência ( via equação de propagação) ou a energia de seus fótons .

Por razões históricas, as ondas eletromagnéticas são referidas por termos diferentes, dependendo das faixas de frequência (ou comprimento de onda). Ao diminuir o comprimento de onda, eles são:

• as ondas de rádio e ondas de radar são produzidas por correntes elétricas de baixa freqüência;
• ondas infravermelhas , luz visível e radiação ultravioleta são produzidas por transições eletrônicas em átomos, envolvendo elétrons periféricos, bem como por radiação térmica; as ondas ultravioleta têm efeitos na pele (bronzeamento, queimaduras de sol, câncer de pele);
• os raios X também podem ser produzidos durante as transições eletrônicas de alta energia. Eles são, por exemplo, gerados por radioatividade (fótons fluorescentes emitidos durante a reorganização da procissão eletrônica de um átomo). Sua geração controlada é mais frequentemente realizada por frenagem de elétrons (tubo de raios X) ou por radiação síncrotron (deflexão do feixe de elétrons relativístico). Devido ao seu comprimento de onda sub-nanométrico, permitem o estudo de cristais e moléculas por difração  ; os raios X duros correspondem a fótons de energia mais alta e os raios X suaves aos fótons de energia mais baixa;
• a radiação γ é produzida pela radioatividade após a desenergização de um núcleo. Portanto, são emitidos em particular por materiais radioativos e reatores nucleares. Sua energia é, portanto, em média maior do que X fótons.

Notas e referências

1. Rayons Santé, “  Radiação eletromagnética (definição)  ” , em www.rayons-sante.com (acessado em 30 de outubro de 2014 ) .
2. Defense Intelligence Agency, "  Biological effects of electromagnetic radia  " (acessado em 24 de outubro de 2019 )
3. Ondas eletromagnéticas , no site univ-paris1.fr, consultado em 8 de dezembro de 2013

Veja também

Artigos relacionados

• Largura de banda
• Radiometria , unidades de medida de radiação
• Núcleo atômico
• Fóton
• Transfira radiação térmica
• Efeitos biológicos e ambientais de campos eletromagnéticos

Fenômenos físicos

• Transições eletrônicas
• Transições nucleares
• Antenas

Formulários

• Gaiola de Faraday
• Câmara anecóica
• Interação radiação-matéria
• Lasers