TEORIAS ELETRÔNICAS

 

Os fenômenos magnéticos foram um dos primeiros a despertar a curiosidade humana sobre o interior da matéria. Antigos relatos gregos sobre experiências com a “força misteriosa” da magnetita (Fe3O4), o ímã natural, datam de cerca de 800 AC. Já a primeira utilização prática que se tem notícia sobre o uso do magnetismo foi a bússola, que foi inventada pelos chineses por volta de 200 DC, e baseada na propriedade que uma agulha, magnetizada, tem de se orientar em relação à direção do campo magnético terrestre norte. Entretanto, a bússola só teria sido empregada em navegação pelos chineses em 900 DC, só tendo descoberta e empregada pelo mundo ocidental a partir do século XV.

Quatro séculos depois os fenômenos magnéticos ganharam uma dimensão muito maior, com a descoberta de sua relação com a eletricidade. Já no final do século XIX, diversos fenômenos já eram amplamente compreendidos e contavam com inúmeras aplicações práticas, das quais damos destaque ao motor e ao gerador elétrico. Entretanto, o magnetismo em nível microscópico só foi mesmo compreendido na primeira metade do século XX com o advento da física quântica. A exemplo do que aconteceu como o conhecimento de maneira geral, o século passado testemunhou um avanço impressionante no entendimento do fenômeno do magnetismo. Como conseqüência prática, as aplicações do magnetismo multiplicaram-se e foram substancialmente aprimoradas. Apesar desses avanços, os fenômenos eletromagnéticos ainda guardam muitos segredos a serem desvendados pela humanidade.

 

CONCEITOS FUNDAMENTAIS

Antes de estudarmos o Espectro Eletromagnético, devemos entender os conceitos de Campo Magnético Natural, Campo Eletromagnético e Frequência.

A Terra é um exemplo de campo magnético natural, pois possui dois pólos magnéticos: norte e sul. O mesmo acontece na Lua. Este campo magnético natural da Terra recebe influência do campo magnético da Lua, e desta maneira explica-se a ocorrência de variações nas marés e nas propagações de ondas eletromagnéticas, como transmissões de rádios, televisão e satélites.

 

 

A partir da ilustração acima, observamos que há uma presença maior na quantidade de linhas (magnetismo) junto aos pólos, assim como no espaço compreendido entre a Terra e a Lua. E justamente por causa deste motivo, nestes locais verificamos uma dificuldade maior na propagação de sinais transmitidos e recebidos. Verifica-se ainda que no período diurno temos condições mais favoráveis para a transmissão de sinais de rádio freqüências (RF).

O campo eletromagnético pode ser definido como o produto de uma corrente elétrica que circula em um condutor, conforme se pode ver na figura abaixo.

 

 

É importante tomarmos consciência de que estamos imersos em ondas eletromagnéticas, tendo em vista que o Sol é a maior e mais importante fonte de energia eletromagnética presente na Terra.

São inúmeras as fontes de radiação eletromagnética, entre as quais citamos as estações de rádio e de TV, sistemas de telecomunicações a base de microondas, lâmpadas artificiais, corpos aquecidos, fontes de luz, aparelhos emissores de Raio X / Raio Gama, computadores e outros.

 

CARACTERÍSTICAS DAS ONDAS

Em 1888 o físico Heinrich Hertz conseguiu comprovar uma teoria de James Maxwell demonstrando que a energia de campos magnéticos viajava pelo espaço em formas de ondas. As bandas e as freqüências são, por assim dizer, o caminho do sinal transmitido (ondas). Estas ondas, por sua vez, apresentam certas propriedades que variam, como veremos adiante.

Como já foi dito, os sinais que viajam pelo espectro eletromagnético, o fazem na forma de ondas. Estas ondas possuem características que devem ser analisadas. Observe a imagem abaixo:

                            

Veja que a Freqüência de uma onda também pode ser definida como o seu comprimento. Esta extensão é definida pela distância entre seus picos. A freqüência é medida em Hertz. Esta unidade representa o número de vezes que a onda completa um ciclo de subida e descida no intervalo de um segundo. Assim, 1 Hertz significa que a onda completa um ciclo de subida e descida em um segundo. A principal diferencia entre as ondas eletromagnéticas é sua freqüência (ou seja, seu comprimento de onda).

As freqüências mais baixas no espectro eletromagnético (ondas longas com maior comprimento e menor frequência), conseguem superar obstáculos físicos com maior facilidade, contornado-os.

 

 

 

Ondas longas, ou de                                                              

baixa freqüência

As ondas mais altas no espectro eletromagnético (ondas curtas com menor comprimento e maior freqüência) são obstruídas por obstáculos físicos com maior facilidade, pois devido ao seu diminuto tamanho, apresentam dificuldades em contornar obstáculos.

 

Ondas curtas, ou de

alta freqüência

 

Tecnicamente podemos definir a Frequência como sendo a repetição de um evento em um determinado intervalo de tempo. Desta forma, se uma máquina acionasse uma campainha 3 mil vezes vezes por segundo, fazendo uma analogia segundo os conceitos estabelecidos, teríamos um freqüência de 3 KHz (3 quilohertz ou 3 mil repetições por segundo).

Abreviação

Nome

Ciclos por segundo

Hz

Hertz

1

KHz

Quilohertz

1 mil

MHz

Megahertz

1 milhão

GHz

Gigahertz

1 bilhão

THz

Terahertz

1 trilhão

PHz

Petahertz

1 quadrilhão

EHz

Exahertz

1 quintilhão

ZHz

Zettahertz

1 sextilhão

YHz

Yottahertz

1 setilhão

 Logo:                 1.000 Hz = 1 KHz,

1.000 KHz = 1MHz,

1.000 MHz = 1GHz,

1.000 GHz = 1 THz, e assim por diante.

Uma Freqüência é ainda o ponto exato de um canal de transmissão, como por exemplo: 399MHz, 900 MHz, 1.2 GHz ou 2.4 GHz. Uma banda de transmissão é o conjunto de freqüências. As bandas de transmissão ficam acomodadas dentro do espectro eletromagnético.

A Amplitude de uma onda pode ser entendida como a altura desta onda, medida de vale a pico.

Chama-se Modulação o processo mediante o qual uma das características de onda é modificada de acordo com as características de uma outra onda. A Modulação das ondas refere-se ao processo de modificação no formato da informação transmitida. Esta modificação no formato, ou processo de modulação, objetiva uma transmissão mais eficiente objetivando, entre outras coisas, a obtenção de mínima distorção possível, facilidade em se recuperar a informação original e utilizar-se da menor potência de saída possível. Geralmente as ondas são moduladas por amplitude (AM) ou por frequência (FM). A modulação AM (amplitude) tem como principal vantagem o longo alcance obtido na transmissão do sinal. Este é um dos motivos pelo qual, ao sair de carro por uma estrada, as rádios AM podem ser captadas pelos rádios dos nossos carros mesmo quando já não é possível captar mais nenhuma estação FM. A modulação FM (por freqüência) tem como principal característica a qualidade superior do áudio transmitido. Por este motivo, as transmissões das estações FM apresentam uma qualidade de áudio muito melhor quando comparadas com aquelas que transmitem por AM. Os tipos de modulação utilizados nas transmissões de RF (rádio freqüências) mais comuns são AM, FM, OC, SSB. Algumas modulações pouco utilizadas são NFM, WFM, FSK, PULSO, COM. Outros tipos de modulação, mais raras, são QPSK (DS/SS), e QAM multi-megabit.

As ondas propagam-se no vácuo com a velocidade da luz, ou seja, 300 mil km por segundo.O número de ondas que passam por um determinado ponto do espaço num determinado tempo define a freqüência de radiação, que é diretamente proporcional à velocidade de propagação da radiação. A faixa de comprimentos de onda ou freqüências em que se pode encontrar a radiação eletromagnética é ilimitada. Com a tecnologia atualmente disponível, é possível gerar, ou detectar, a radiação eletromagnética numa ampla faixa de freqüência que vai de 01 Hz a 1.024 Hz.

Para encerrar o assunto das características das ondas, precisamos analisar ainda um último aspecto: o sinal harmônico. Esta é uma variável que envolve alta complexidade, mas para simplificar o nosso entendimento, podemos definir como sendo um múltiplo inteiro da freqüência fundamental de um sistema. Exemplificando, tomemos a freqüência de 60 Hz. Seu 1º harmônico, ou freqüência fundamental, seriam os mesmos 60 Hz, seu 2º harmônico seriam 120 Hz, seu 3º harmônico seriam 180º Hz e assim por diante. Simples, não? Um harmônico é uma característica intrínseca de todo sistema que envolve oscilações, e todo sistema físico envolvendo oscilações.

 

O ESPECTRO ELETROMAGNÉTICO

A palavra espectro (do latim spectrum, que significa fantasma ou aparição) foi empregada pela primeira vez por Isaak Newton, ainda no século XVII, para descrever a faixa de cores que apareceu quando numa experiência, a luz do Sol atravessou um prisma de vidro em sua trajetória.

O espectro eletromagnético é subdividido em porções (ou regiões), representando regiões que possuem características peculiares em termos dos processos físicos, geradores de energia em cada faixa, ou dos mecanismos físicos de detecção desta energia. Dependendo da região do espectro, trabalha-se com energia (eletron-volt), comprimentos de onda (micrômetro), ou freqüência (hertz). 

O espectro eletro-magnético completo constitui-se de um arco de 360º. Entretanto, vamos direcionar nossa atenção para os 180º onde encontram-se as bandas deste espectro que interessam diretamente à nossa atividade, a saber:

O Espectro Eletro-magnético é representado no plano cartesiano com as frequencias encontradas de modo crescente. No desenho abaixo, as menores freqüências são encontradas na região de Energia e Telefones, e de forma gradativa as freqüências das ondas vão aumentando, de modo que a região dos Raios Gama apresenta as ondas com maior freqüência.

A partir desta ilustração, fica claro que a luz visível, as rádio freqüências e as micro ondas são todos eles manifestações do mesmo fenômeno de radiação eletromagnética, apenas possuindo características distintas no que diz respeito às características das ondas encontradas em cada região do espectro eletromagnético.