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ELETROMAGNETISMO E LUZ
Na metade do século
XIX, o estudo da propagação de ondas em um meio elástico
(por exemplo, a propagação do som no ar ou outro meio material)
era um campo de pesquisas bem desenvolvido e as equações
que descrevem este tipo de fenômeno já eram conhecidas. Além
disso, o fato de a luz apresentar um comportamento ondulatório,
isto é, propagar-se como uma onda em um meio elástico (o
éter), também era conhecido e aceito pelos físicos
da época. Uma das questões discutidas, era saber como seria
essa onda e quais as propriedades do éter.
Maxwell percebeu que a
elasticidade dos vórtices presente em seu modelo mecânico
poderia ser útil para relacionar a óptica com o eletromagnetismo.
Após obter as equações de movimento do seu sistema
de vórtices e partículas, Maxwell dedicou-se a determinar
a rapidez de propagação de perturbações através
dele na forma de ondas. Essas ondas seriam perturbações elétricas
e magnéticas que se propagariam através do éter. São
as chamadas “ondas eletromagnéticas”.
Considerou ondas transversais
no meio elástico (ondas que se propagam na direção
perpendicular à direção de oscilação)
cuja velocidade v de propagação dependeria da elasticidade
do meio k e de sua densidade m e seria dada por .
De acordo com Maxwell, a constante k é inversamente proporcional
à constante dielétrica e e m é proporcional à
permeabilidade magnética m do meio. Para determinar os coeficientes
de proporcionalidade, Maxwell assumiu que os vórtices seriam esféricos
e que sua elasticidade seria devida a forças entre pares de moléculas
constituintes do meio. Chegou a k = 1/4p²e e m = m/4p². Sendo
assim, a velocidade de propagação da luz em um meio seria
dada por .
Na época, os valores
da constante dielétrica (e) e da permeabilidade magnética
(m) de vários materiais já eram conhecidos. Maxwell comparou
esses resultados com os valores medidos para a velocidade de propagação
da luz disponíveis na época, encontrando uma grande concordância
entre os valores calculados para a velocidade de propagação
de uma onda eletromagnética no éter com os valores medidos
para a velocidade de propagação da luz. Observando esta concordância,
Maxwell concluiu que a luz é uma vibração transversal
que se propaga no mesmo meio que os fenômenos elétricos e
magnéticos.
Essa hipótese foi confirmada
experimentalmente por Heinrich Rudolph Hertz (1857-1894) através
de vários experimentos realizados entre 1886 e 1889. Ele produziu
e detectou ondas eletromagnéticas que se propagavam com a velocidade
da luz e que possuíam propriedades similares às da luz tais
como reflexão, difração, polarização.
A teoria de Maxwell e os experimentos de Hertz abriram um importante campo
de estudos que propiciou grandes avanços tecnológicos: o
estudo da radiação eletromagnética na faixa das ondas
de radio e microondas. |
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