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Trabalho sobre a produção de ondas de rádio (o que são, suas aplicações, perigos, experiências realizadas...), realizado no âmbito da disciplina de Física (11º ano).
Com a realização deste trabalho o objectivo é dar a conhecer o que são ondas de rádio, também designadas por ondas de radiofrequências, quais são as suas aplicações, os perigos, quais as experiências que foram realizadas por Maxwell, Hertz e Marconi, entre outros aspectos.
Em meados do século XIX já estavam bem estudadas as interacções entre cargas eléctricas e entre correntes. Faraday tinha mostrado que os campos magnéticos variáveis podem originar campos eléctricos. Foi neste contexto que o físico escocês James Clerk Maxwell (fig. 1), baseado na ideia de que há simetria nas leis da Natureza, sugeriu a hipótese inversa: campos eléctricos variáveis originam campos magnéticos.
Fig. 1 – James Clerk Maxwell, o físico escocês que escreveu as equações do electromagnetismo.
Maxwell conseguiu, em 1864, resumir não só aquela ideia como todo o conhecimento sobre fenómenos eléctricos e magnéticos num conjunto de apenas quatro equações, que hoje têm o seu nome. Estas equações, que relacionam campos eléctricos com campos magnéticos, são a base do nosso moderno sistema de telecomunicações.
Fig. 2 – As equações de Maxwell numa t-shirt.
O trabalho de Maxwell teve consequências surpreendentes. Na verdade, Maxwell concluiu, a partir das suas equações, que o campo eléctrico e o campo magnético se propagavam como ondas… e que a velocidade dessas ondas era 300 000km/s. Então, era já sabido que este era o valor da velocidade da luz, o que levou Maxwell a concluir que a luz era, afinal, uma onda de campo electromagnético (isto é, campo eléctrico e campo magnético).
Fizeram-se então novas experiências para medir com maior rigor o valor da velocidade da luz. Confirmou-se o acordo total entre a velocidade de propagação dos campos eléctricos e magnéticos prevista pela teoria de Maxwell e a velocidade da luz.
De acordo com a teoria do electromagnetismo, os campos eléctricos e magnéticos, além de se propagarem como uma onda com a velocidade da luz, são perpendiculares entre si e perpendiculares à direcção de propagação.
A luz visível ou não, passou então a ser vista como um fenómeno ondulatório de natureza electromagnética. Qualquer onda é uma perturbação que se propaga no espaço. No caso da luz, a perturbação pode ser criada por cargas oscilantes. Em geral, sempre que uma carga eléctrica é acelerada, produz-se uma onda electromagnética.
Ou seja, a produção de uma onda electromagnética tem o seguinte fundamento:
Apesar de a teoria de Maxwell ter ficado bem fundamentada física e matematicamente, não era ainda possível confirmar experimentalmente a existência dessas ondas. Só passados vinte anos é que o físico alemão Heinrich Hertz concebeu e realizou a experiencia que confirmou a teoria de Maxwell.
Hertz utilizou a primeira antena emissora, um “excitador”, e a primeira antena receptora, um “ressoador”.
Fez o seguinte procedimento:
Hertz mostrou assim que é preciso uma antena para produzir ondas electromagnéticas e outra para as receber.
Fig. 3 – Equipamento utilizado por Hertz para emitir ondas electromagnéticas.
Há muitos tipos de antenas emissoras, de rádio, de TV, de telemóveis, etc. Todas elas emitem ondas electromagnéticas. Todos os corpos emitem ondas electromagnéticas por estarem a uma temperatura superior a 0 K. O espaço está cheio de ondas electromagnéticas de todo o tipo.
As experiencias de Hertz fascinaram o italiano Guglielmo Marconi, que começou a fazer experiencias de produção e recepção de ondas hertzianas na sua própria casa. Marconi conseguiu depois produzir ondas que chegavam a uma colina próxima. Em 1896 essas ondas chegavam a 3 km e em 1899 eram capazes de atravessar o Canal da Mancha (que tem cerca de 50 km de largura).
Fig. 4 – Guglielmo Marconi, físico italiano que se interessou por ondas electromagnéticas ao ler um artigo de Hertz e que desenvolveu a respectiva tecnologia.
Marconi trabalhava na altura para a marinha inglesa que, ao contrário do governo italiano, se interessou pelo seu trabalho. Ainda em 1899 conseguiu obter um alcance de 135 km para as ondas electromagnéticas e, encorajado pelos seus resultados, tentou o que então parecia impossível: efectuar uma transmissão transatlântica. De facto, havia quem pensasse que a curvatura da Terra impediria a propagação das ondas electromagnéticas a distâncias superiores a 300 km, mas o italiano provou o contrário: em 1901, Marconi estabeleceu a primeira comunicação entre os continentes europeus e americano por ondas electromagnéticas. Marconi inaugurou assim a era da comunicação a longas distâncias.
Hoje sabemos que a ionosfera é a responsável pela propagação das ondas electromagnéticas a grandes distâncias.
As radiações electromagnéticas estão presentes no Universo desde sempre e como tal também na Terra sempre estiveram presentes. O Sol é a fonte natural deste tipo de radiação mais intensa a que somos expostos. No entanto, existem outras fontes de radiações, criadas na evolução da sociedade tecnológica, que criam um ambiente cada vez mais exposto a radiações electromagnéticas. Temos como exemplos destas novas fontes de radiação as linhas de alta tensão, antenas dos sistemas de telecomunicações, telemóveis, aparelhos médicos e muitos outros aparelhos eléctricos.
As radiações electromagnéticas estão divididas consoante as suas propriedades, cujas propriedades são apresentadas a seguir.
Período – intervalo de tempo em que as características de uma onda se repetem;
Comprimento de onda – distância entre dois pontos em fase na onda (por exemplo, as cristas)
Amplitude – é a medida da elongação máxima da onda e é proporcional à intensidade.
Intensidade – é a potência por unidade de área.
Frequência – número de vezes que a onda repete as suas características por segundo. A frequência é sempre a mesma independentemente do meio que a radiação atravessa.
Fig. 5 – Características de uma onda electromagnética.
Dentro das radiações electromagnéticas encontramos várias gamas de ondas, entre as quais as ondas rádio. As ondas rádio têm um grande comprimento de onda (entre 10-3-104m) e uma baixa frequência (105 a 1011 Hz). Dentro do espectro destas ondas, estão incluídas ondas usadas em telecomunicações, para cozinhar, ondas de ultra-alta frequência (UHF) e as de alta frequência (VHF) usadas em televisão e em rádio FM, ondas curtas, médias e longas que são utilizadas em rádio AM. A transmissão de ondas rádio só é possível através da modulação (em frequência e em amplitude) e são recebidas por um receptor rádio. São geradas pela oscilação de electrões em fios metálicos ou válvulas de transmissão. Também existem estrelas que emitem ondas de rádio, essa radiação é detectada através de radiotelescópios. As ondas UHF e VHF são utilizadas em difusão de televisão, penetrando na ionosfera com pequena reflexão. Esta difusão só pode ser efectuada para distâncias muito longas através de satélites artificiais.
Fig. 6- Antena.
São ondas electromagnéticas com determinadas características e propriedades que permitem a transmissão de enormes quantidades de dados a longo alcance. Também se podem designar por ondas rádio.
Fig. 7- Aparelhos que emitem radiofrequências.
Fig. 8- Aparelhos que emitem ondas de rádio.
Os perigos provêm destas ondas ainda não estão confirmadas. Diversos estudos no âmbito deste tema sugerem:
Fig. 9- Cataratas.
Uma equipa da Universidade de Aveiro está a tentar facilitar-nos a vida. Como? Ora bem, estão a tentar criar um "rádio do futuro". Este aparelho terá a capacidade de captar várias frequências simultaneamente e, ao mesmo tempo, de se poder utilizar esse aparelho para transmitir rádio, televisão, etc. Simplificando, estão a criar um aparelho para substituir todos os aparelhos diferentes que temos que ter para várias funções.
A Space and Naval Warfare Systems Center Pacific descobriu que se pode utilizar a água do mar para receber e transmitir sinais a partir da indução magnética. Como é que isso se faz? Bem, bombeia-se o fluxo de água proveniente de correntes, gerando sinais radiofónicos. O alcance das ondas de frequência de rádio depende da força da corrente e, como consequência, da altura do jacto de água.
O design simples de um aparelho assim faz com que a lista de aplicações seja abrangente. No entanto, isto ainda é um projecto em desenvolvimento.
Com a realização deste trabalho, foi possível aumentar e aprofundar os conhecimentos na área da produção de ondas de rádio.
Os objectivos que tínhamos no início do trabalho foram concluídos. Ficamos a conhecer melhor o tema, no que consistem, as suas aplicações, onde são utilizadas, as suas desvantagens, etc.
Foi benéfico o contacto que tivemos com este assunto, o qual atinge cada vez um maior valor à medida que o tempo avança.
Espero que seja possível recolher deste trabalho informações claras e exactas que ajudem a uma melhor compreensão deste tema.
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