Espectro Eletromagnético

Espectro EM (Eletromagnético) contem o intervalo completo da radiação EM. O espectro é considerado a principal fonte de energia para imagens, apesar de existirem outras como: Acústica, Ultrasônica e Eletrônica (por meio de feixes de elétrons). As imagens baseadas nessas radiações EM são as mais comuns, principalmente as imagens de Raio X e a da banda (intervalo do Espectro EM) Visível. Abaixo vemos uma representação do Espectro EM:

 

As ondas EM podem ser interpretadas como ondas senoidais que se propagam, ou então, como partículas sem massa deslocando-se em padrão ondulatório, onde cada partícula dessas contém certa quantidade de energia, que denominamos fótons. Para informação, a imagem acima apresenta uma escala do espectro EM com relação à energia de um fóton.

As bandas do Espectro EM não são distintas, mas sim se apresentam com uma suave transição de uma para outra. Como vimos anteriormente, o espectro pode ser expresso por energia, mas existem outras duas maneiras de expressar esse espectro. O comprimento de onde (λ), expresso em μm, e a freqüência (v), expresso em Hz, se relacionam por meio da expressão [λ = c / v], onde c é a velocidade da luz (c = 299.792.458 m/s). Já a energia, é dada por [E = h * v], onde h é a constante de Planck (h = 6,626 * 10^-34 Js). Com isso, verificamos que a energia é proporcional a freqüência e inversamente proporcional ao comprimento de onda. Abaixo verificamos outra imagem do Espectro EM só que com as escalas das três medidas que expressam a radiação EM, e vemos em detalhe a banda visível:

Analisaremos agora cada banda do Espectro EM. Para efeito didático, dividiremos o espectro em 7 intervalos, onde abordaremos eles em ordem decrescente da escala de energia:

·        Raio Gama

            Muito utilizado em Medicina Nuclear e  em Observações Astronômicas. Na medicina, ele é utilizado aplicando-se isótopos radioativos no paciente, esse isótopos emitem pósitron(anti-elétron) que ao colidirem com os elétrons do organismo emitem vários raios gamas. A imagem abaixo mostramos duas figuras resultantes da aplicação do raio gama, sendo que na segunda figura, são detectados dois tumores no paciente (na cabeça e no pulmão):

 

·        Raio X

            Utilizado principalmente em diagnóstico médico, podendo ser utilizado também na indústria e na astronomia. Sua utilização na indústria e medicina são semelhantes, ela consiste em utilizar tubos de cátodo e ânodo. Aquecendo-se o cátodo, o mesmo libera elétrons, que vão colidir-se com os ânodos, liberando energia em forma de radiação de raio X.

·        Raio Ultravioleta

            Muito utilizada em Litografia, Microscopia de Fluorescência, Indústria, Lasers, Imagens Biológicas e Astronomia. Na Microscopia, a luz ultravioleta (que não é visível) apresenta visibilidade apenas quando um fóton dessa radiação colide com elétrons do material fluorescente. Após a colisão a luz é emitida a um nível de energia  mais baixo que a banda visível, fazendo com que a luz brilhe contra um fundo escuro com contraste suficiente para apresentar a visibilidade. Abaixo temos uma imagem representando a aplicação da radiação Ultravioleta.

·        Espectro Visível

Para falar sobre esse espectro, descreverei antes um pouco da Luz.

Em 1966, Isaac Newton descobriu que quando um feixe de luz solar passa por um prisma de vidro, o feixe emergente não consiste de uma luz branca, mas sim de um espectro de cores que varia do violeta ao vermelho. Essa luz emergente é a responsável pelo tipo particular de radiação EM que é visível ao olho humano. Observe abaixo a representação do feixe de luz passando pelo prisma.

Existem dois tipos de luz:

1.      Luz Monocromática (Acromática) à é a luz sem cor. Ela possui um único atributo que é a intensidade, que varia do preto ao branco, com vários níveis de cinza. As imagens de formato .pgm são imagens monocromáticas.

2.      Luz  Cormática à é a colorida, descrita por 3 medidas básicas:

-   Radiância – quantidade de energia emitida pela fonte de luz. É medida em watts (w);

-   Luminância – quantidade de energia que o observador percebe da fonte de luz. É medida em lumens (Lm);

-  Brilho – é o descritor subjetivo da percepção da luz. É um dos fatores principais para descrição das cores.

Após breve descrição da luz, voltaremos nosso foco para o Espectro EM.

A banda visível cobre a faixa de 0,43 μm à 0,79 μm, e por conveniência dividiremos essa faixa em 6 regiões (cores): Violeta, Azul, Verde, Amarelo, Laranja, Vermelho (nessa ordem). Nenhuma dessas regiões termina abruptamente de uma para outra, mas sim se misturam gradativamente à próxima.

As cores que percebemos num objeto não são determinadas pela luz emitida, mas sim pela luz refletida. Quando um corpo reflete luz com todos os comprimentos de onda equilibrado, esse corpo apresenta-se na cor branca.

·        Raio Infravermelho

            Junto com o espectro visível são as mais rotineiras e utilizadas em várias aplicações. O uso do raio Infravermelho é frequentemente encontrado combinado com o Espectro visível. Essa combinação pode ser vista em Microscopia Ótica, Astronomia, Sensoriamento Remoto, Policiamento, entre outros. Um exemplo de sensoriamento remoto é a transmissão de imagens da Terra, através de satélites. Um deles seria o satélite LandSat, da NASA, que é expresso em comprimento de onda. Esse satélite é capaz de registrar vários fenômenos da natureza, dando destaque a determinadas fenômenos. Esse “destaque” varia de comprimento de onda para comprimento de onda. Por exemplo, caso desejemos dar preferência a água utilizaremos o comprimento de onda X, caso daremos prioridade para vegetação utilizaremos o comprimento de onda Y. A tabela abaixo mostra o comprimento de onda e o que ele prioriza e na imagem podemos ver o Olho do Furacão Catrina, como exemplo da radiação Infravermelho.

·        Micro-Ondas

 Muito utilizado em radares, esse tipo de radiação captura imagens em qualquer lugar a qualquer hora, independente do clima e das condições de iluminação. Em muitos casos, é a única forma de explorar regiões inacessíveis e que o infravermelho não é capaz de detectar. O sistema de imagens utiliza a própria iluminação para conseguir isso, onde essa iluminação é formada pelos pulsos de micro-ondas. Abaixo observa-se uma imagem representativa da aplicação do Micro-ondas.

·        Ondas de Rádio

 Utilizada principalmente em Ressonância Magnética, a aplicabilidade dessa radiação consiste em posicionar o paciente entre um poderoso Íma e um Emissor de ondas de rádio. Ao serem emitidas, as ondas passam pelo corpo do paciente em pulsos curtos em direção ao ímã. Para cada pulso emitido, o tecido do paciente manda um pulso-resposta correspondente.