I – Onda electromagnéticaComo o próprio nome sugere, a onda electromagnética nada mais é que um campo eléctrico e magnético que se propaga no espaço. Sabemos que a corrente eléctrica, ao percorrer um condutor, forma ao redor dele um campo magnético, cujas linhas de força são concêntricas com o eixo do condutor. Se a corrente for variável, o campo também será e, se colocarmos um outro condutor na região activa do campo, nele se induzirá uma corrente com as mesmas variações que a corrente produtora do campo. À região onde ocorrem fenómenos eléctricos e magnéticos chamamos campo electromagnético. Se tivéssemos exclusivamente carga eléctrica, em volta dela existiria só campo eléctrico. Se tivéssemos somente carga magnética (imã), ao redor dela existiria só campo magnético. Como temos um campo eléctrico variável, devido ao movimento das cargas eléctricas no interior do condutor, surge um campo magnético também variável. Há, portanto, duas relações fundamentais entre campo eléctrico e magnético, que são:
1º A variação do campo eléctrico corresponde à existência do campo magnético.
2º A variação do campo magnético corresponde à existência do campo eléctrico.
Essas duas relações vinculam (prendem) um campo ao outro, ou seja, a existência de um campo eléctrico variável implica na existência de um campo magnético, e vice-versa.
a) Formação da onda electromagnéticaA formação da onda electromagnética, ou seja, da propagação do campo electromagnético, é um fenómeno bastante complicado. Entretanto, vamos descrevê-lo de maneira breve, simplificando ao máximo as explicações, apenas para que se tenha qualitativa do fenómeno. Para isso, suponhamos um condutor rectilíneo percorrido por uma corrente variável de alta frequência. Sabemos que, num plano perpendicular cortando esse condutor, aparecerá um campo magnético, cujas linhas de força são concêntricas com o condutor, como mostramos na figura 1, em tracejado. A existência desse campo magnético num ponto muito próximo do condutor faz aparecer agora, um campo eléctrico, situado num plano perpendicular ao magnético, como indicamos na figura 1, em traços cheios. O campo eléctrico em O1, sendo igual ao de O e de sinal contrário, anula-o, aparecendo outro em O2, que depois será anulado pelo de O3, e assim por diante. Deste modo, os campos elétricos e magnéticos produzidos em O propagam-se no espaço, mutuamente entrelaçados. A esse fenómeno dá-se o nome de onda electromagnética. A velocidade de propagação da onda electromagnética é igual à da luz ou seja, cerca de 300.000 quilómetros por segundo, em todas as direcções.
Figura 1
Há medida que a onda electromagnética se distancia do ponto de origem, vai se enfraquecendo em virtude das perdas que sofre devido à densidade do meio de propagação. Geralmente, os corpos bons condutores de electricidade reflectem a onda sem absorvê-la e os maus condutores a absorvem, reflectindo-a muito pouco. Isso tem grande influencia na propagação das ondas de radia, que são electromagnéticas, como mostraremos logo mais. A intensidade do campo magnético em um ponto do espaço é medida em
volts por metro de altura. Adopta-se como referencia de medida a superfície da terra. Assim, pode-se medir a intensidade do campo electromagnético, colocando-se uma placa metálica à distancia de um metro do solo e lendo-se a tensão (diferença de potencial) entre essa placa e o solo. Como essas tensões são geralmente pequenas, costumam ser dadas em microvolts (?V/m) por metro.
II – Ondas de rádioA energia que um transmissor de rádio aplica ao elemento irradiador, que é a antena, estabelece, em volta da mesma, um campo electromagnético variável. Este se desloca no espaço (antigamente chamado de éter) com velocidade muito grande,ou seja, aproximadamente 300.000 Km/s, que corresponde à velocidade da luz. Essa velocidade é tão grande que uma onda de rádio daria sete voltas e meia à terra, em 1 segundo. Sendo constantes a velocidade de propagação da onda, podemos deduzir as duas características fundamentais, que são:
frequência e o
comprimento da onda. Na lição “
Parte 6” falamos ondas assim como na lição “
Parte 1 - Introdução ao rádio”. Para calcular a velocidade de uma onda, dividimos o espaço que ela percorre, pelo tempo empregado em percorrê-lo. . particularmente, podem-se considerar o espaço como comprimento de onda. Sabe-se que, neste caso, o tempo corresponderá a um período; portanto, v = ? / T, onde v representa a velocidade, ? (lâmbda) o comprimento de onda e T, o período. É o inverso da frequência, podemos escrever: v = ? . f, que é a igualdade que relaciona velocidade, comprimento de onda e frequência. Mas, no caso das ondas electromagnéticas, v é a velocidade da luz. Logo, podemos escrever: ?.f=300.000.000 m/s. Desta expressão, resulta: que dará o comprimento de onda em metros, se f for contado em Hertz e que dará f em Hertz, se o ? for considerado em metros. Por exemplo, vamos calcular o comprimento de onda de uma emissora que opera na frequência de 1 MHz. Teremos: = 300 m. Outro exemplo, vamos determinar a frequência de uma emissora de onda curta, que opera em 25 metros. Teremos: = 12.000.000 Hz ou 12 MHz. Certamente, você já está muito acostumado a ouvir o locutor do rádio a falar na frequência e o comprimento de onda de sua estação de rádio. Essas características identificam a estação, e facilitam ao usuário a sua localização sobre uma escala graduada, que chamamos de “dial”. As frequências das estações de rádio e, consequentemente, os comprimentos de onda, se estendem por uma escala bem ampla, indo desde 3 KHz até 30 GHz, divididas em 7 faixas denominadas da forma como indicamos na lição “Operador de rádio amador - arte 1” na página 2, e que passamos a exibir aqui novamente e em língua portuguesa.
Tabela 1
1) A atmosfera terrestre
Para entender a maneira como se propagam as ondas de rádio, precisamos ter uma ideia clara da forma da atmosfera, ou seja, da massa gasosa que envolve nosso planeta. O ar é composto de oxigénio, hidrogénio, nitrogénio e os chamados gases nobres, como argónio, criptónio, xenónio, etc., sendo que os três inicialmente citados se encontram em muito maior proporção que os demais. Alem disso, a distribuição do ar não é uniforme, pois na superfície da Terra o ar é mais denso que nas grandes altitudes, onde há uma distribuição dos gases em camadas. As camadas mais leves se distribuem em maiores altitudes. O aluno pode assemelhar a Terra a uma bola rodeada de várias “cascas”, cada qual desempenhando papel diferente na propagação das ondas, como mostraremos logo mais. O limite da atmosfera está fixado em cerca de 1000 Km. Na prática, chama-se de
troposfera a camada mais baixa, ou seja, compreendida entre a superfície da Terra e até cerca de 15 Km de altitude e
ionosfera, a camada que vai do limite da superfície da troposfera até cerca de 1000 Km. A partir daí não há mais ar. A ionosfera está subdividida em 3 camadas, por nós denominadas D, E, e F, cujos limites aproximados podem ser vistas na figura 2. o nome de ionosfera que se dá à camada que sucede a troposfera é devido ao fato de que nele o ar sofre influencia de vários factores, principalmente dos raios cósmicos e raios solares,
ionizando-se, isto é, certos átomos dos gases perdem electrões, que se transformam em electrões livres, tornando-se
iões positivos. É importante observar que essas camadas não são fixas. A camada D, por exemplo, sé existe durante o dia. A camada F se subdivide em duas, durante o dia. Não existe, portanto, um limite bem estabelecido para as camadas. Além disso, a espessura das camadas e sua condutividade variam durante as 24 horas do dia, e também durante o ano, devido à actividade ionizadora dos raios solares, à tempestade magnética, causada por erupção de elétrons do Sol, à presença de meteoros que entram na atmosfera, etc., influenciando a propagação das ondas de radia.
Figura 2
2) Perda das energias das ondas de rádio
Quando uma onda de rádio sai da antena do transmissor, ela tem a máxima energia. Essa onda se propaga em todas as direcções e a sua energia vai diminuindo à medida que se afasta do transmissor. Além disso, a energia é também absorvida pelos obstáculos que se encontram no caminho da onda. As ondas que propagam na superfície terrestre são absorvidas pelas montanhas, florestas, linhas de transmissão de energia eléctrica, etc. É interessante observar que se a absorção é menor, consequentemente, o alcance da onda é maior. É o que acontece, por exemplo, quando a onda tem a mesma direção que uma linha de transmissão ou trilhos de uma estrada de ferro. O contrário acontece, quando a direcção da onda é perpendicular à superfície boa condutora ou paralela à superfície ma condutora. As camadas ionizadas da atmosfera absorvem energia, em virtude de serem semi-condutoras. Nessas camadas, a onda de rádio pode sofrer reflexão ou refracção.
Reflexão: Num meio homogéneo, isto é, que tem as mesmas propriedades físicas em todos os seus pontos, a onde de rádio se propaga em linha recta. Entretanto, quando ela atinge a superfície de separação de dois meios diferentes, ela sofre uma reflexão e uma refracção. Estes fenómenos ocorrem quando as ondas atravessam as diversas camadas da ionosfera. A reflexão consiste na
volta da onda, fazendo um certo ângulo com a superfície de separação dos dois meios (camadas). É o que mostramos na figura 3.
Figura 3
: A refracção consiste na penetração da onda no meio de propriedade diferente, o que se dá com mudança de direcção. Na figura 4, ilustramos a refracção.
Figura 4
Esses fenómenos são facilmente observados na propagação das ondas de luz, que são também ondas electromagnéticas semelhante às de rádio. De fato, a reflexão dos raios luminosos pode ser observada no espelho, com muita facilidade. Quanto à refracção podemos vê-la na água. Para finalizar, acrescentamos que a onda de rádio, quando atingir um meio condutor, será
parcialmente absorvida e
reflectida. Quando atingir um dieléctrico ou um mau condutor, será
absorvida,
reflectida e
refractada.
Difracção: Outro fenómeno que acontece com as ondas de rádio é o da difracção, que consiste na mudança de direcção da onda, para contornar obstáculos que estejam em seu percurso. Na figura 5, ilustramos a difracção das ondas de rádio quando atingem uma montanha. Como a onda não segue exactamente o contorno do obstáculo, atrás dele haverá uma
zona de silencio para essa onda, ou seja, zona onde a recepção é nula ou quase nula. Essa capacidade de contornar os obstáculos depende do comprimento da onda e, quanto maior for ela, mais facilmente ela atingirá o outro lado.
