Descoberta de Ondas Eletromagnéticas

Conceito de Onda

A definição de onda é qualquer perturbação (pulso) que se propaga num meio. Ex: uma pedra atirada a uma piscina (a fonte), provocará ondas na água, pois houve uma perturbação. Essa onda propaga-se para todos os lados, quando vemos as perturbações partindo do local da queda da pedra, até ir na borda. Uma sequência de pulsos forma as ondas.

A onda é apenas energia, pois ela só faz a transferência de energia cinética da fonte, para o meio. Portanto, qualquer tipo de onda, não transporta matéria!

Ondas Eletromagnéticas são ondas que se formam a partir da combinação dos campos magnético e elétrico, que se propagam no espaço transportando energia.

O conceito de onda eletromagnética foi postulado pelo famoso físico escocês James C. Maxwell. É dele o trabalho mais notável no campo do eletromagnetismo.

Utilizando-se das leis experimentais de Coulomb, Faraday, Ampère e também das suas próprias concepções, Maxwell construiu um conjunto de equações que resume os conhecimentos sobre o eletromagnetismo.

Hoje conhecemos essas equações como as equações de Maxwell e sabemos que foram elas que possibilitaram a existência das ondas eletromagnéticas.

Essas equações são muito importantes para o estudo da eletricidade, tal como as leis de Newton são importantes para a mecânica.

De facto, os principais construtores do eletromagnetismo são:

Michael Faraday

Faraday celebrizou-se como o investigador que descobriu a indução da eletricidade. Foi o primeiro cientista que sugeriu a moderna ideia de campo – o conceito que haveria de se tornar na pedra fundamental da teoria eletromagnética de James Clerk Maxwell, da teoria da relatividade geral de Albert Einstein e do progresso do século XX na compreensão da realidade física.

Faraday realizou as famosas experiências que o levariam a descobrir os princípios básicos do motor elétrico. Numa primeira experiência encurvou um fio de cobre, dando-lhe forma parecida com a de um arco de pua, e enfiou uma das extremidades numa rolha, posta a flutuar em cuba de mercúrio, ao passo que a outra era ligada a uma bateria por meio de uma taça de prata invertida. Colocou um íman de barra dentro da parte curva do fio. Quando a corrente passava através do circuito fio - mercúrio, o fio encurvado girava até tocar o íman. Depois Faraday modificou a experiência, de modo a que o fio girasse sem obstrução em torno do íman. A passagem de corrente pelo fio fazia-o circular continuamente em volta do íman. Quando se invertia a direção da corrente, o fio girava em direção oposta.

Faraday notou que quando fechava o circuito, a agulha sofria deflexão num sentido e que quando ele abria o circuito, ela movia-se no sentido oposto. Obtivera afinal eletricidade a partir do magnetismo. Estava, porém, dececionado. Esperava que a corrente na bobina primária induzisse uma corrente contínua na secundária e, em vez disso, apenas conseguiu impulsos momentâneos quando o circuito primário era ligado ou desligado.

Dia 17 de Outubro de 1831, numa experiência que realizou, enrolou uma bobina, cujas extremidades ligou a um galvanómetro, em torno de um cilindro de papel oco. Quando colocava rapidamente um íman de barra no cilindro, a agulha do galvanómetro acusava deflexão. Voltava ela a mover-se mas em direção oposta quando o íman era retirado. Tanto fazia mover o íman como a bobina, pois em qualquer dos casos obtinha corrente no fio. Estava, agora, claro que o que produzia a corrente elétrica era o movimento relativo do condutor e o do campo magnético. Assim, Faraday descobriu o princípio básico do gerador elétrico. Esta experiência estava apenas a um passo da indução de corrente elétrica continua. Onze dias mais tarde, conseguiu Faraday alcançar este fenómeno. Para o fazer, Faraday utilizou o íman composto da Royal Society, concentrou a força polar, colocando dois pequenos ímanes de 6 polegadas das extremidades dos grandes polos. Entre eles girou um disco de cobre e num eixo de latão. No bordo do disco adaptou dois contactos de cobre, espaçados, a distâncias diferentes dos polos, ligados por fios a um galvanómetro. Girando o disco, obteve deflexão, mais ou menos constante, da agulha (“mais ou menos constante”, pois não era fácil manter os contactos). Produziu assim o primeiro dínamo.

James C. Maxwell

James Clerk Maxwell nascido em Edimburgo a 13 de Junho de 1831 e falecido a 5 de Novembro de 1879 em Cambridge.

O lugar de Maxwell entre os grandes físicos do século XIX deve-se às suas pesquisas sobre electromagnetismo, teoria cinética dos gases, visão das cores, anéis de Saturno, óptica geométrica, e alguns estudos sobre engenharia. Escreveu quatro livros e cerca de cem artigos científicos. Foi também editor científico da nona edição da Enciclopédia Britânica, para a qual contribuiu com vários verbetes. A sua contribuição principal foram as suas conhecidas quatro equações, que regem o mundo da Engenharia Electrotécnica.

Heinrich Rudolf Hertz

Hertz nasceu em Hamburgo a 22 de Fevereiro de 1857. Interessou-se desde muito cedo pela construção de mecanismos, tema que sempre o atraiu, mesmo enquanto trabalhou na área da física.

Levado por essa sua apetência, frequentou uma faculdade de engenharia durante dois anos. No entanto, a sua vontade de levar a cabo investigação científica fê-lo optar pela física, tendo ingressado na Universidade Humboldt de Berlim em 1878.

Em 1887, Hertz elaborou um conjunto de experiências para testar a hipótese de Maxwell. Utilizou um oscilador feito de esferas de bronze polido, cada uma delas conectada a uma bobina e separadas por uma pequena distância a qual permitia o centelhamento pelas altas tensões aplicadas.

Hertz assumiu que, se as previsões de Maxwell estivessem corretas, as ondas eletromagnéticas seriam geradas a quando da ocorrência de cada centelha. A ideia básica era, uma vez que uma centelha fechasse o circuito pelo ar e entre as esferas de bronze, a carga rapidamente oscilaria e esse movimento de cargas emitiria radiação eletromagnética de comprimento de onda da ordem do tamanho dos condutores de bronze em si.

Para confirmar isso, Hertz construiu também um receptor simples que consistia numa espira aberta, na qual duas pequenas esferas também estavam separadas por uma distância pequena. O receptor foi colocado a alguns metros de distância do oscilador.

De acordo com a teoria de Maxell, se ondas eletromagnéticas fossem geradas pelo faiscamento, elas induziriam uma corrente na espira receptora e a mesma produziria um centelhamento entre suas esferas. E foi o que ocorreu quando Hertz ligou seu oscilador, produzindo assim a primeira transmissão e recepção de ondas eletromagnéticas. Hertz também notou que superfícies condutoras refletiam as ondas e que elas podiam ser focadas por refletores côncavos. Notou também que os não condutores permitiam que a maioria das ondas os atravessassem.

Uma observação interessante, Hertz verificou que o faiscamento seria mais intenso no receptor se o mesmo fosse exposto à radiação ultravioleta. Apesar de não possuir o entendimento necessário para descrever esse fenómeno, o efeito fotoelétrico, foi quem o verificou primeiramente de forma experimental.