terça-feira, 5 de março de 2013

O Espectro Eletromagnético na Natureza

Olá Pessoal.

Logo nas primeiras aulas da disciplina Redes Sem Fio apresento o Espectro Eletromagnético e suas características fundamentais aos alunos. O objetivo desse artigo é ajudar na compreensão desse conceito fundamental da física, no entanto antes de desenvolver essa discussão quero destacar que gosto de pensar nele como o "retrato" da natureza que a ciência conseguiu construir. Os físicos conseguem olhar para a ilustração abaixo do espectro eletromagnético e enxergar nele as mais diversas características da fantástica natureza que nos cerca.


Para entendê-lo completamente temos que resgatar alguns dos fundamentos da física e expandir nossa compreensão do mundo para além das limitadas percepções humanas, afinal o espectro eletromagnético contempla tudo que existe efetivamente na natureza, não apenas determinadas percepções que nós humanos estamos "calibrados" para perceber - seja através da audição (áudio), da visão (luz visível), da sensação térmica (calor), etc.

Sei que muitos devem estar se perguntando o que isso tem a ver com os profissionais da área de redes, então aqui fica registrada minha resposta: TUDO! Antes de entrar no detalhe das várias frequências que compõem o espectro eletromagnético e suas principais aplicações, principalmente nas comunicações, vamos começar com alguns dos fundamentos mais básicos. 

Todos os corpos na natureza são constituídos de matéria, ou seja, de moléculas compostas por um agrupamento de átomos que, por sua vez, possuem elétrons orbitando seu núcleo. Por causa da presença dos elétrons todos os corpos na natureza emitem energia eletromagnética. Essa energia é emitida porque os elétrons vibram e estão em constante movimento, gerando carga elétrica que produz um campo magnético no seu entorno. Em síntese podemos dizer que a natureza está em constante transformação através da troca de energias!

Na prática essa energia são as ondas eletromagnéticas e elas não são uniformes. Diferentes corpos na natureza com suas próprias composições químicas produzem as mais variadas ondas eletromagnéticas que podem ser diferenciadas por: (i) comprimento da onda e (ii) frequência

As ondas são matematicamente representadas através da simbologia da senóide, conforme ilustra a figura abaixo. O comprimento da onda é representado pela letra grega lâmbda (λe equivale à distância entre os picos de duas ondas. Já a frequência equivale à quantidade de ondas existentes no intervalo de tempo de 1s (medida denominada Hertz). 




Quanto maior a frequência da onda eletromagnética, maior será a intensidade da energia emitida e MENOR será o comprimento da onda, já que existem mais ondas no mesmo intervalo de 1s. É importante mencionar que altas concentrações de energia tornam a radiação ionizante, ou seja, uma radiação nociva aos seres humanos porque tem energia suficiente para quebrar as ligações atômicas e, portanto, provocar mutação! No escopo do espectro eletromagnético, toda radiação a partir do ultravioleta é ionizante.

Para classificar as diferentes formas da onda eletromagnética nós utilizamos o conceito do espectro eletromagnético - um mapa que apresenta todas as formas de onda. Para nós da área de redes o detalhe mais importante é que essas ondas eletromagnéticas podem ser utilizadas para transmitir informação por meio das tecnologias wireless (sem fio).

Muito bem, agora que foram apresentados os fundamentos básicos mais importantes do espectro eletromagnético (uma revisão de física), chegou o momento de apresentar as principais características das faixas de frequência. Vou trazer outra ilustração do espectro eletromagnético (retirada da Internet) para facilitar sua consulta durante a leitura.




1) Logo no início do espectro temos as importantes ondas de rádio que são amplamente utilizadas em telecomunicações, por ex.: na transmissão de sinais de televisão, na radionavegação, pela polícia, etc. Essas são as ondas com maiores comprimentos do espectro e por isso têm capacidade de alcançar maiores distâncias, o que as faz ideais para comunicação. Do ponto de vista real, as ondas de rádio podem ter o comprimento equivalente à altura de um prédio... 

2) Na sequência temos as microondas que também são amplamente utilizadas em telecomunicações, principalmente na comunicação entre locais que possuem linha de visada (sem obstrução). Como essas ondas são refletidas pela ionosfera terrestre, então são utilizadas estações repetidoras do sinal (terrestres ou satélites espaciais) para cobrir grandes distâncias.

3) Antes da luz visível temos o infravermelho, uma luz invisível tipicamente utilizada para troca de informação entre os controles remotos e televisores (ou outros eletrônicos), já que essas ondas têm apenas curto alcance. No contexto da nossa percepção humana, o infravermelho está presente no calor emitido na natureza.

4) No centro do espectro está uma faixa de frequências que é de suma importância para nós seres humanos: a luz visível que varia do vermelho ao violeta (as cores do arco-íris). Essas ondas têm tamanho da ordem de uma bactéria (de 700nm a 400nm) e os nossos olhos são sensores ópticos que possuem células fotossensíveis PERFEITAMENTE calibradas para perceber essas frequências, assim enxergamos! Por isso nem tudo que percebemos é tudo que existe, é apenas TUDO que PERCEBEMOS! A nossa percepção do mundo não representa a sua totalidade, mas apenas uma experiência... Não preciso nem dizer que essa afirmação dá origem a uma longa discussão filosófica que envolve perguntas sobre quem somos e qual o motivo da nossa existência... ;-)

5) O Sol é o maior emissor da radiação ultravioleta e é graças à camada de ozônio que circunda nosso planeta que a maior parte dessa radiação ionizante perde intensidade ao atravessá-la e chega até nós como radiação não-ionizante. Apesar dessa boa notícia, a má notícia é que a nossa camada de ozônio está repleta de buracos decorrentes do efeito estufa, como todos já devem bem saber! Moral da conversa, usem o protetor solar!

6) O Raio-X é bastante conhecido de todos porque é utilizado nas radiografias para fotografar os nossos ossos. Essa radiação atravessa os tecidos macios (baixa densidade) com facilidade, mas não os nossos ossos. É por isso que nas radiografias os ossos saem contrastado e de fácil visualização. Essa radiação também é prejudicial à saúde, por isso a exposição à sua emissão tem que ser rigorosamente controlada.

7) O extremo final do espectro contempla os chamados Raios Gama. Essa radiação possui baixíssimo comprimento de onda (menores que átomos) e muita intensidade. Essa radiação é liberada em explosões atômicas e emitida por elementos radioativos, sendo portanto altamente nociva para nossa saúde. Nosso planeta é constantemente bombardeado por raios cósmicos totalmente nocivos para nós humanos, mas felizmente a Terra é protegida por um campo magnético decorrente do movimento do ferro líquido em seu núcleo que funciona como escudo natural contra esse tipo de radiação. 

Em síntese, esse artigo apresentou as principais ondas do espectro eletromagnético!

Samuel.

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