Uma carga elétrica acelerada irradia energia. Ou seja, quando o campo elétrico varia com o tempo em uma região do espaço, provoca uma variação do campo magnético, conforme mostra a figura abaixo (HALLIDAY - 2007).
Estas vibrações se propagam ao longo de uma direção radial a partir de onde esta oscilação iniciou. O campo elétrico oscila perpendicularmente ao campo magnético, e a direção de propagação é dada pelo vetor de Poynting conforme a equação:
S = (1/μ0) . ExB
O vetor de Poynting é sempre perpendicular aos vetores E e B. A figura a seguir mostra o campo elétrico oscilando no eixo z e o campo magnético no eixo x de um sistema cartesiano. Consequentemente, o vetor de Poynting estará no eixo y deste sistema de coordenadas, sempre coincidindo com a direção de propagação da onda.
A intensidade aproximada da velocidade da onda eletromagnética é de 3x108m/s no vácuo. Geralmente, em outros meios, a permissividade elétrica e magnética do meio é menor. Desta forma, a velocidade deste tipo de onda é menor, dependendo do valor da permissividade.
Na natureza, há inúmeras formas de radiação eletromagnética se propagando. Desde as ondas geradas pelos processos naturais, como o exemplo clássico da luz visível até as criadas pelo homem, como as ondas de rádio, de TV, os raios-X, entre outras. Todas tem uma característica em comum: são resultado das oscilações do campo elétrico e do campo magnético. Elas se diferem quanto ao período T de oscilação dos respectivos campos, implicando nas diferentes frequências.
f = 1/T
A velocidade v da radiação eletromagnética, no vácuo, é igual para todas as frequências. Isto acarreta numa variação do comprimento de onda λ, que é inversamente proporcional à frequência f, que pode ser deduzido da formula:
v = λ.f
Ou
v = λ/T
Desta forma, conclui-se que, quanto maior a frequência, menor o comprimento de onda e vice-versa. Por exemplo, uma onda de rádio AM tem frequência na faixa que vai de 1,70x106Hz a 5,35x105Hz, e seus comprimentos de onda estão na faixa de 176m a 560m. A luz visível está na faixa de frequência de 7,5x1014Hz até 4,3x1014Hz, com comprimentos de onda de 4x10-7m até 7x10-7m, respectivamente. A frequência mais baixa da luz visível é o vermelho. Deste modo, para frequências mais baixas que esta foram chamadas de infravermelhos enquanto que as freqüências acima da freqüência da luz visível, foram denominadas raios ultra-violeta. Os raios-X possuem frequências mais altas que o ultra-violeta, na faixa de 6x1019Hz a 3x1017Hz, e comprimentos de onda menores, que são da ordem de 5x10-12m a 10-9m, respectivamente.
É importante salientar que Albert Einstein (1879 – 1955), a partir de seus estudos, deduziu uma equação para a energia E em função da frequência f, que é escrita como segue:
E = h.f
Ou seja, a energia é proporcional à frequência. O h é usado pra designar a constante de Planck. Sendo válida esta igualdade, pode-se concluir que um quantum de radiação eletromagnética de frequência igual à do ultra-violeta (um fóton ultra-violeta) tem mais energia que um fóton vermelho, de frequência menor. Em sequência, um fóton de raios-X tem mais energia que um dos anteriores. Desta forma, torna-se aceitável o fato de que radiações acima da luz visível podem tornar-se prejudiciais à saúde, pois tem energia suficiente para interagir de maneira catastrófica nos átomos das moléculas que compõe a estrutura celular, inclusive a do DNA humano.
Abaixo, temos a representação de todas as faixas de frequência da radiação eletromagnética distribuídas no espectro eletromagnético.
Tendo em vista que a faixa de frequências da luz visível é exatamente a qual o sol emite com maior abundância, pode-se deduzir que o ser humano e os animais tenham evoluído de tal forma a melhorar a sensibilidade à luz visível, pois assim obteria mais informações do meio onde está inserido, segundo EISBERG (1979).
Referências bibliográficas:
HALLIDAY, David, Resnik Robert, Krane, Denneth S. Física 3, volume 2, 5 Ed. Rio de Janeiro: LTC, 2004. 384 p.
EISBERG, Robert RESNICK, Robert. Física Quântica – Átomos, Moléculas, Sólidos, Núcleos e Partículas. Tradução de Paulo Costa Ribeiro, Ênio Costa da Silveira e Marta Feijó Barroso. Rio de Janeiro: Campus, 1979.