Transmissão das Ondas Eletromagnéticas. Prof. Luiz Claudio

Transcrição

1 Transmissão das Ondas Eletromagnéticas Prof. Luiz Claudio

2 Transmissão/Recebimento das ondas As antenas são dispositivos destinados a transmitir ou receber ondas de rádio. Quando ligadas a um transmissor (de rádio, TV, radar, etc.) convertem os sinais elétricos em ondas eletromagnéticas. Quando ligadas a um receptor, captam essas ondas e as convertem em sinais elétricos que são amplificados e decodificados pelo aparelho receptor (de rádio, televisão, radar, etc). 2

3 Transmissão/Recebimento das ondas O transmissor produz o sinal na forma de corrente alternada, ou seja, com rápida oscilação, indo e vindo ao longo de seu condutor. A freqüência da oscilação pode ir desde milhares de vezes por segundo até milhões de vezes por segundo, e é medida em kilohertz ou megahertz. 3

4 Transmissão/Recebimento das ondas Ao oscilar na antena de transmissão, a corrente produz uma onda eletromagnética em sua volta, que se irradia pelo ar. Quando atinge uma antena receptora, a onda eletromagnética induz nela uma pequena corrente elétrica que se alterna para a frente e para trás ao longo da antena, acompanhando as oscilações da onda. Essa corrente é muito mais fraca do que a presente na antena transmissora, mas pode ser amplificada pelo aparelho receptor. 4

5 Transmissão/Recebimento das ondas A atmosfera encontra-se repleta de ondas eletromagnéticas de várias freqüências, e todas elas atingem as antenas receptoras. Contudo, cada aparelho receptor possui meios próprios para selecionar uma faixa estreita de freqüência, podendo sintonizar um sinal em particular. Ao ser sintonizado numa certa faixa de freqüência, o receptor só responde aos sinais dessa faixa determinada, excluindo as demais. 5

6 Transmissão/Recebimento das ondas Cada freqüência está associada a um comprimento de onda. Quanto mais alta a freqüência, menor é o comprimento de onda! A eficiência de uma antena depende da relação correta ente seu comprimento físico e o comprimento de onda do sinal que transmite ou recebe. O ideal é que as antenas tenham exatamente a metade, ou um quarto, do comprimento de onda que recebem ou transmitem. Os princípios que regem o funcionamento das antenas receptoras ou transmissoras são idênticos. As antenas de transmissão podem estar em posição horizontal ou vertical, mas requerem que as antenas receptoras de suas emissões observem o mesmo posicionamento. As montadas verticalmente causam pouco efeito nas receptoras horizontais (e viceversa). 6

7 Os sinais radiofônicos de ondas médias e longas seguem a curvatura da Terra, chegando a se propagar por centenas e até milhares de quilômetros com relativamente pouca perda de potência. Por outro lado, os comprimentos de onda menores, como as de freqüência VHF ou UHF, usados para transmissão de alta fidelidade, estereofonia ou televisão, propagam-se de maneira similar a um feixe luminoso, limitando seu alcance até a linha do horizonte. 7

8 As ondas eletromagnéticas que possuem frequência na faixa de 10 4 Hz a Hz são usadas em comunicações sem fio. Em virtude da difração, ou seja, em razão do desvio sofrido pelas ondas eletromagnéticas, as ondas com comprimentos de onda mais longos seguem o solo durante seu percurso, e, portanto, são recebidas pelos receptores que se encontram a milhares de quilômetros da fonte emissora. 8

9 Antenas direcionais Refletores parabólicos são usados em casos como as transmissões de radar, comunicações telefônicas, recepção de satélites, etc., onde se requer maior diretividade da antena. Eles têm a forma do refletor de um farol de automóvel e focalizam as ondas em um feixe bastante estreito. Esse tipo de antena proporciona a emissão e recepção de sinais dotados de grande nitidez e resolução. 9

10 Exercícios 10

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20 Por qual motivo as ondas eletromagnéticas limítrofes receberam os nomes: infravermelho e ultravioleta, quando estão na faixa de luz visível? Resolução: Infravermelho: significa ondas com frequência abaixo da luz vermelha. Essa luz vermelha é a luz visível de menor frequência. Ultravioleta: tem esse nome porque possui ondas com frequência acima da luz violeta, que é a luz visível com maior frequência. 20

21 Espectro Eletromagnético 21

22 (Fuvest SP) Um forno de micro-ondas é projetado para, mediante um processo de ressonância, transferir energia para os alimentos que necessitamos aquecer ou cozer. Nesse processo de ressonância, as moléculas de água do alimento começam a vibrar, produzindo o calor necessário para o cozimento ou aquecimento. A frequência de ondas produzidas pelo forno é da ordem de 2,45.10 ^9 Hz, que é igual à frequência própria de vibração da molécula de água. a) Qual o comprimento das ondas do forno? b) Por que os fabricantes de forno micro-ondas aconselham aos usuários a não utilizarem invólucros metálicos para envolver os alimentos? 22

23 ressonância é a tendência de um sistema a oscilar em máxima amplitude em certas frequências ou comprimento de ondas, conhecido como 'frequências ressonantes'. 23

24 Resolução a) λ = 0,12m ou 12cm 24

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30 Perguntas 1- Qual a utilidade das antenas? 2- Como ocorre a transmissão das ondas eletromagnéticas por uma estação de rádio? 3-Como ocorre o recebimento das ondas eletromagnéticas por um rádio? 4- A eficiência de uma antena depende de qual relação? 5- Defina o que são ondas eletromagnéticas 30

31 Características das Principais Radiações Ondas de Superfície: aparecem em freqüências mais baixas e se caracterizam por acompanhar a superfície da terra atingindo longas distâncias. Ocorre perda por absorção, logo induzem correntes na superfície da terra sobre a qual ela passa. (Abaixo de 2 MHz) 31

32 Características das Principais Radiações Ondas Ionosféricas: As ondas ionosféricas se caracterizam por refletirem na ionosfera, camada ionizada, que se estende acima de 80Km de altura e até aproximadamente 600 Km, dependendo da atividade solar (noite ou dia). Como exemplo das ondas ionosféricas temos os de rádio AM, rádio amador que podem atingir distância acima de 1000 Km com facilidade. 32

33 Características das Principais Radiações Ondas Diretas ou de Visa Diretas: As ondas diretas se propagam em visada direta ou em linha reta, como é o caso dos enlaces de microondas. 33

34 Características das Principais Radiações Ondas Difratadas: As ondas difratadas são aquelas que atingem antenas que não estão na visada direta e são explicadas pela teoria da difração de Fresnel. Elas aparecem em recepções que ficam obstruídas por montanhas ou obstáculos de maneira geral. 34

35 Características das Principais Radiações Propagação por espalhamento: as ondas eletromagnéticas atingem longas distâncias, efeito este que é explicado pelo espalhamento do sinal na ionosfera ou troposfera. 35

36 Reflexão em meios bidimensionais Ondas circulares (esféricas) Quando a ponta da régua bate continua e periodicamente na superfície da água origina perturbações circulares (ondas circulares) que se movem na superfície da água, afastando-se do ponto onde as perturbações são geradas. 36

37 Reflexão em meios bidimensionais A frente de onda ou superfície de onda é o lugar geométrico de todos os pontos que estão em concordância de fase de vibração, como por exemplo, duas cristas ou dois vales. O raio de onda é toda reta perpendicular às frentes de onda e que indicam a direção e o sentido de propagação dessas ondas. O comprimento de onda (l) é a distância entre duas frentes de onda consecutivas 37

38 Reflexão em meios bidimensionais Considere as ondas circulares (esféricas) da figura abaixo, produzidas pela fonte F e que incidem no obstáculo plano P. FA e FB são dois raios de onda incidentes, perpendiculares à cada frente de onda e que indicam a direção e sentido de sua propagação. 38

39 Reflexão em meios bidimensionais Ao atingirem o obstáculo essas ondas sofrem reflexão de modo que cada ponto do obstáculo torna-se fonte de uma onda secundária. Pelo princípio da reflexão os raios incidentes FA e FB sofrem reflexão e retornam (AC e BD), de modo que os ângulos i e r entre a normal N, e os raios incidente e refletido sejam iguais, ou seja, i = r (figura abaixo). 39

40 Reflexão em meios bidimensionais Então, todos os raios refletidos se encontram em um ponto comum F, e as ondas refletidas se comportam como se fossem originadas por uma fonte F, simétrica de F, em relação ao obstáculo refletor P. 40

41 Reflexão em meios bidimensionais Lembre-se de que a velocidade de propagação e o comprimento de onda das ondas incidentes e refletidas são os mesmos, pois o meio é o mesmo. A frequência também não muda, é a da fonte. 41

42 Reflexão em meios bidimensionais Ondas planas (retas) Produzidas tocando-se leve e continuamente a superfície da água com uma régua (fonte) na posição indicada na figura. 42

43 Reflexão em meios bidimensionais Observe que as frentes de ondas e os raios de onda são retas paralelas e consequentemente perpendiculares. O comprimento de onda (l) é a distância entre duas frentes de onda consecutivas Considere as ondas retas da figura abaixo, produzidas pela fonte F e que incidem no obstáculo plano P. 43

44 Reflexão em meios bidimensionais FA é o raio de onda incidente, perpendicular à cada frente de onda e que indica a direção e sentido de sua propagação. Ao atingirem o obstáculo essas ondas sofrem reflexão de modo que cada ponto do obstáculo torna-se fonte de uma onda secundária. Pelo princípio da reflexão o raio incidente FA sofre reflexão e retorna (AC), de modo que os ângulos i e r entre a normal N, e o raio incidente e refletido sejam iguais, ou seja, i = r (figura abaixo). Lembre-se! A velocidade de propagação e o comprimento de onda das ondas incidentes e refletidas são os mesmos, pois o meio é o mesmo. A frequência também não muda, é a da fonte. 44

45 O que você deve saber Não importa se o meio é uni, bi ou tridimensional, na reflexão das ondas, as ondas incidentes e refletidas tem sempre a mesma velocidade de propagação V (o meio é o mesmo), a mesma freqüência f (a fonte é a mesma) e consequentemente o mesmo comprimento de onda l, pois V=l.f A amplitude A da onda não está relacionada com V, f e l e sim com a energia transportada pela onda. Quanto maior a energia maior a amplitude e vice-versa. 45

46 Refração em meios bidimensionais Considere dois meios diferentes 1 e 2 e ondas retas (planas) se propagando no meio 1, com velocidade V 1 e comprimento de onda l 1, incidindo no meio 2 (figura I). 46

47 Refração em meios bidimensionais As figuras II e III mostram as etapas da refração 47

48 Refração em meios bidimensionais Na figura IV, as ondas já estão se propagando no meio 2, com velocidade V 2 e comprimento de onda l 2. 48

49 Refração em meios bidimensionais Na figura abaixo, AB representa o raio de onda incidente, BC o raio de onda refratado, i o ângulo de incidência e r o ângulo de refração. 49

50 Refração em meios bidimensionais Leis da refração 1 a O raio de onda incidente, o raio de onda refratado e a normal estão num mesmo plano 2 a Lei de Snell-Descartes Onde: i ângulo de incidência do raio de onda incidente r ângulo de refração do raio de onda refratado n 1 índice de refração do meio 1 n 2 índice de refração do meio 2 l 1 comprimento de onda das ondas do meio 1 l 2 comprimento de onda das ondas do meio 2 50

51 Refração em meios bidimensionais Na refração a freqüência das ondas incidentes é a mesma que das ondas refratadas (a fonte é a mesma) e, como V=lf --- f=v/l --- V e l são diretamente proporcionais. 51