Ondas Eletromagnéticas

Neste artigo, será apresentado o princípio de funcionamento das ondas elétricas e magnéticas, como estas se propagam num meio físico ou no vácuo, quais as utilidades destas ondas no nosso dia-a-dia, quais os riscos, quais os benefícios, e ainda como calcular os dados para implementar um enlace de microondas.

Introdução

Há muitas especulações sobre os perigos destas ondas por parte de alguns segmentos, mas nada se tem comprovado efetivamente sobre os danos causados à saúde por conta deste efeito eletromagnético. Porém os benefícios deste efeito são vários, e podemos destacar alguns deles: Comunicação móvel (rádio de comunicação, telefones sem fios, radares, comunicação entre aeronaves, telefones celulares, etc.), comunicação fixa (transmissão de centrais telefônicas em lugares distantes, transmissão de dados de grandes empresas, comunicação estação terrena – satélites, telefone wirelles, etc.), forno de microondas, repetidores de televisão, radiodifusão, etc.

Será descrito a seguir o funcionamento das ondas elétricas e magnéticas numa comunicação fixa, através de um enlace de microondas, e será mostrado através de um exemplo o cálculo de um enlace fictício usando antenas parabólicas e guias de ondas interligando as antenas aos elementos transmissores.

Também será criada uma topografia entre as duas pontas, para descrever os efeitos dos raios de Fresnel, e mostrar todas as variáveis que incidem neste tipo de comunicação.

Revisão Bibliográfica

As ondas elétricas e magnéticas são abreviadas pelo nome de “ondas eletromagnéticas”. O tempo todo a terra está imersa neste tipo de irradiação. Iniciando pelo Sol, a maior e mais importante fonte para os seres terrestres, cuja vida depende do calor e da luz recebidos através de ondas eletromagnéticas. Além desta, o homem recebe também a radiação eletromagnética emitida, por átomos de hidrogênio neutro que povoam o espaço interestelar da galáxia e ainda das fontes terrestres de radiação eletromagnética, que são: as estações de rádio e de TV, o sistema de telecomunicações à base de microondas, lâmpadas artificiais, corpos aquecidos e muitas outras.

A primeira previsão da existência de ondas eletromagnéticas foi feita, em 1864, pelo físico escocês, James Clerk Maxwell. Ele conseguiu provar teoricamente que uma perturbação eletromagnética devia se propagar no vácuo com uma velocidade igual à da luz. E a primeira verificação experimental foi feita por Henrich Hertz, em 1887. Hertz produziu ondas eletromagnéticas por meio de circuitos oscilantes e, depois, detectou-se por meio de outros circuitos sintonizados na mesma freqüência. Seu trabalho foi homenageado posteriormente, colocando-se o nome "Hertz" para unidade de freqüência.

Maxwell estabeleceu algumas leis básicas de eletromagnetismo, baseado nas já conhecidas anteriormente, como a Lei de Coulomb, a Lei de Ampere, a Lei de Faraday, etc.

Na realidade, Maxwell reuniu os conhecimentos existentes e descobriu as correlações que havia em alguns fenômenos, dando origem à teoria de que eletricidade, magnetismo e óptica são de fato manifestações diferentes do mesmo fenômeno físico.

O físico inglês Michael Faraday já havia afirmado que era possível produzir um campo a partir de um campo magnético variável.

Considerando um imã e um anel como na Figura 1:

Figura 1

Considerando que o imã está perpendicular ao plano do anel. Movendo-se ou o imã ou o anel, aparecerá uma corrente no anel, causado por um campo elétrico criado devido à variação do fluxo magnético no anel.

Maxwell verificou que o contrário também era possível. Um campo elétrico variável podia gerar um campo magnético. Imagine duas placas paralelas sendo carregadas progressivamente como na figura 2:

Figura 2

Ao crescerem as cargas das placas, o campo elétrico aumenta, produzindo um campo magnético (devido à variação do campo elétrico). Embora Maxwell tenha estabelecido quatro equações para descrever os fenômenos eletromagnéticos analisados, podemos ter uma noção de sua teoria baseados em duas conclusões:

1º-Um campo elétrico variável no tempo produz um campo magnético.

2º-Um campo magnético variável no tempo produz um campo elétrico.

A geração de Ondas Eletromagnéticas

Supondo a antena de uma estação de rádio como ilustrado na figura 3:

Figura 3

Na extremidade da antena existe um fio ligado pelo seu centro a uma fonte alternada (que inverte o sentido a intervalos de tempo determinados). Num certo instante, teremos a corrente num sentido e, depois de alguns instantes, a corrente no outro sentido. Veja na figura 4:

Figura 4

A velocidade de propagação de uma onda eletromagnética depende do meio em que ela se propaga.

Maxwell mostrou que a velocidade de propagação de uma onda eletromagnética, no vácuo, é dada pela expressão: , onde ε 0 é a permissividade elétrica do vácuo e μ 0 a permeabilidade magnética do vácuo. Aplicando os valores de ε 0 e de μ 0 na expressão acima, encontra-se a velocidade: C3,0 x 108m/s ou C=2,99792458 x 108m/s (valor exato), que é igual a velocidade da luz. Nisso Maxwell se baseou para afirmar que a luz também é uma onda eletromagnética.

Pode se resumir as características das ondas eletromagnéticas no seguinte:

 São formadas por campos elétricos e campos magnéticos variáveis.

 O campo elétrico é perpendicular ao campo magnético.

 São ondas transversais (os campos são perpendiculares à direção de propagação).

 Propagam-se no vácuo com a velocidade "C" .

 Pode propagar-se num meio material com velocidade menor que a obtida no vácuo.

 Com isto, o campo elétrico ao redor do fio em um certo instante estará apontando num sentido e, depois, no sentido contrário.

Esse campo elétrico variável irá gerar um campo magnético , que será