COMO FUNCIONAM AS COMUNICAÇÕES SEM FIO?
ENTENDA COMO OS DADOS SÃO FORMADOS E TRANSMITIDOS SEM O USO DE FIOS:
COMO FUNCIONAM AS COMUNICAÇÕES SEM FIO?
ENTENDA COMO OS DADOS SÃO FORMADOS E TRANSMITIDOS SEM O USO DE FIOS:
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Grande parte da comunicação hoje em dia é feita através das tecnologias de comunicação sem fio, como Wi-Fi, Bluetooth, NFC, Rádio entre outras.
Elas funcionam através de protocolos de rede e comunicação, que definem como os dados são enviados e recebidos entre os dispositivos. E por meio dos protocolos de segurança, essas informações são transmitidas de forma segura, através da criptografia e outros meios de segurança.
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Mas como as informações são inicialmente transmitidas?
As informações são transmitidas por meio de ondas eletromagnéticas. Elas são uma forma de energia que se propaga naturalmente pelo vácuo, não necessitando de um meio específico, como o ar ou a água, ao contrário das ondas mecânicas.
Onda mecânica se propagando pela corda, fonte: http://fisicaevestibular.com.br/novo/ondulatoria/acustica/cordas-vibrantes
Mas como é possível transmitir informações por meio de ondas eletromagnéticas?
representação por AI, ondas eletromagnéticas transmitindo informações.
Para entender isso é preciso saber essencialmente o que é o eletromagnetismo e como são formadas as ondas eletromagnéticas.
O eletromagnetismo é um fenômeno resultante da interação e variação entre os campos elétricos e magnéticos, em uma corrente elétrica por exemplo.
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Através da oscilação dos campos elétricos e magnéticos, torna-se possível transmitir informações.
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Para que essa oscilação aconteça e os dados possam ser enviados, são utilizados circuitos, dispositivos e componentes eletrônicos de materiais específicos capazes de manipular os campos elétricos e magnéticos, e assim tornando possível a transmissão e recepção de informações. Esse processo é chamado de modulação e desmodulação. Existem diferentes tipos de modulação de informações, cada uma para um tipo de comunicação e frequência específica.
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Mas o que é uma corrente elétrica? E o que são campos elétricos e magnéticos? Como são formados?
Primeiro vamos começar pelo início, os Átomos:
O Átomo é a menor unidade da matéria e a parte fundamental dela, ele forma tudo o que conhecemos:
Um Átomo é formado por:
Prótons: Partículas de carga elétrica positiva, localizados no núcleo do átomo.
Elétrons: Partículas de carga elétrica negativa que ficam em órbita ao redor do núcleo; eles são mais provavelmente encontrados na eletrosfera.
Nêutrons: Partículas eletricamente neutras, também localizadas no núcleo.
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Quando uma carga eletricamente carregada está em repouso, naturalmente é criado um campo elétrico ao redor dela. Esse campo elétrico é um campo de força que atua sobre as outras cargas eletricamente carregadas próximas, atraindo outras cargas ou repelindo elas. Essa força vai depender da distância em que as cargas estão, dessa carga eletricamente carregada.
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Cargas elétricas opostas se atraem, e cargas elétricas iguais se repelem. Isso ocorre por conta da natureza dos campos elétricos.
A intensidade do campo elétrico diminui com a distância, entre uma carga e outra. Ou seja, a intensidade do campo elétrico é inversamente proporcional à distância. Essa é a Lei do Inverso do Quadrado da Distância intensidade = Potência da fonte / (4π * distância²).
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Já um campo magnético é formado quando cargas elétricas estão em movimento, especialmente os elétrons quando estão em movimento em uma corrente elétrica, ou em movimento orbital e de spin dos elétrons nos átomos. Esse campo exerce força sobre as outras cargas elétricas em movimento ou sobre materiais magnetizados, de acordo com a força de Lorentz. Ele representa a força que uma carga elétrica experimentaria em um determinado ponto no espaço, dependendo da sua velocidade e da orientação do campo magnético.
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O movimento de spin dos elétrons é uma propriedade quântica intrínseca.
E não se trata de um movimento de rotação clássico como imaginamos (um elétron girando em torno de si mesmo), mas sim um momento magnético associado à partícula, podendo ser para cima ou para baixo.
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O alinhamento deles em uma direção é a principal causa do magnetismo em materiais ferromagnéticos, como os imãs permanentes.
Os domínios magnéticos de um imã ou de materiais ferromagnéticos, são regiões compostas por vários átomos, onde os elétrons possuem os momentos magnéticos de spins, alinhados em uma mesma direção.
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Uma corrente elétrica é o fluxo ordenado das partículas carregadas eletricamente, especificamente os elétrons, se deslocando através de um condutor de um ponto a outro, como em um fio de cobre.
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Para uma corrente elétrica se formar é necessário que ocorra o fluxo ordenado das cargas de um ponto a outro no condutor.
Ou seja, o movimento das cargas elétricas em um sentido, e na física existem 2 sentidos em que uma corrente elétrica pode fluir:
Sentido Real: Esse é o sentido em que a corrente elétrica naturalmente flui, devido à diferença de potencial aplicado sobre o condutor, pelas cargas elétricas de uma fonte de tensão (como uma bateria) e as cargas de um condutor (como um fio de cobre, por exemplo).
No sentido real, as cargas elétricas com menos potencial elétrico, como os elétrons, tendem a ir em direção ao ponto com maior potencial elétrico, ou seja, ao terminal positivo onde se localizam os prótons.
Por isso, para que uma corrente elétrica flua por um condutor através de uma bateria, é necessário conectar um dos terminais da bateria em cada extremidade do fio, de modo que os elétrons do terminal negativo fluam em direção aos prótons do terminal positivo, formando assim a corrente elétrica. Isso ocorre porque o potencial elétrico na região dos elétrons é menor (ou negativo) em comparação com o potencial elétrico na região dos prótons.
Sentido Convencional: Esse é o sentido usado na física por convenção, ou seja, para facilitar a compreensão das correntes elétricas e circuitos, sendo principalmente usado em exemplos e questões de física. Mas não condiz com a natureza e sentido real das cargas elétricas que fluem pelo condutor.
Sentido convencional e Sentido Real das cargas elétricas em um condutor. fonte: https://portaldaeletricaoficial.com/wp-content/uploads/2021/10/Fluxo-da-Corrente-eletrica.gif
O fluxo ordenado dessas cargas ocorre devido ao potencial elétrico (tensão) aplicado sobre o condutor, quando se conecta um fio à uma bateria (fonte de tensão) por exemplo.
Assim ocorre o movimento das cargas elétricas no condutor, por causa da diferença de potencial das cargas elétricas da bateria sobre as cargas do condutor.
Exemplo de corrente convencional. fonte: https://www.sta-eletronica.com.br/resources/artigos/art5img1.jpg
Lembrando que energia é capacidade de realizar trabalho, e trabalho é transferência de energia. A primeira Lei da Termodinâmica afirma que a energia não pode ser destruída e nem criada, apenas transformada de uma forma para outra.
Antes de explicar mais precisamente o que é o potencial elétrico, é necessário ter em mente alguns conceitos:
Uma unidade de carga é medida em Coulombs ( C ).
1 Coulomb equivale aproximadamente a 6,24 * 10¹⁸ elétrons. Ou seja, a cada Coulomb há trilhões de elétrons em movimento.
1 Coulomb é definido como quantidade de carga que passa por um condutor em 1 segundo, o que produz uma corrente elétrica de 1 Ampère.
Então se na corrente passa mais de 1 Coulomb (unidade de carga = 6,24 x 10¹⁸ elétrons por segundo), a corrente seria de 2 ou mais Ampères.
O Ampère de uma corrente, é dado pela fórmula:_
Ampère = coulomb(C) / segundo_
Volt(V), ou Voltagem, é a unidade de medida da tensão elétrica ou potencial elétrico necessário. O Volt é definido como a diferença de potencial elétrico necessário para que uma corrente elétrica com 1 ampère percorra um condutor com resistência de 1 ohm.
O Volt(V) é dado pela fórmula:
V = ampères(I) . ohms(R)
Os ohms (Ω) indicam a resistência do condutor, ou seja, a capacidade do condutor de resistir à eletricidade.
Ohms (Ω) é a unidade de medida de resistência elétrica do condutor.
A resistência à eletricidade, ou a capacidade de permitir o fluxo de cargas elétricas no condutor, ela vai depender de fatores como:
Material do condutor: existem diferentes materiais com propriedades específicas que permitem ou não a condutividade elétrica. Os principais são: prata, cobre, ouro e alumínio, mas também existem outros.
Isso ocorre por conta da estrutura atômica desses materiais, especialmente devido à presença de elétrons livres. Materiais metálicos com elétrons livres tendem a ser bons condutores, pois permitem a movimentação das cargas elétricas mais facilmente e livremente. É essa movimentação que constitui uma corrente elétrica.
Porém, cada material possui características diferentes, além de vantagens e desvantagens que devem ser levadas em conta dependendo do uso.
fonte: https://i0.wp.com/vamosestudarfisica.com/wp-content/uploads/2016/09/Eletrons-livres.png?w=342&ssl=1
Largura ou Comprimento do Condutor: Quanto maior o comprimento do condutor, maior será a resistência do condutor ao fluxo de eletricidade, pois mais energia será necessária para que as cargas se movam de uma ponta à outra do condutor, como em um fio de cobre. Por outro lado, quanto mais grosso for o condutor, menor será a resistência, devido ao maior espaço disponível para que os elétrons possam se movimentar entre as partes do condutor.
Temperatura: Em circuitos e fios condutores, quanto maior a temperatura maior é a resistência elétrica do condutor. Isso se dá por conta do efeito Joule, que ocorre quando a temperatura no circuito ou condutor se eleva, fazendo com que os átomos vibrem mais intensamente, dificultando o movimento dos elétrons na corrente. Aumentando a resistência e resultando na perda de energia, pois ela será convertida e liberada em calor.
fonte: 
O potencial elétrico (V) indica a quantidade de energia potencial elétrica por unidade de carga em um ponto dentro de um campo elétrico gerado por outras cargas. Em outras palavras, o potencial elétrico representa a capacidade que uma carga eletricamente carregada tem, de realizar trabalho ao mover uma carga elétrica de um ponto a outro no campo elétrico, por meio das forças de atração ou repulsão das cargas.
Isso ocorre por causa da resistência elétrica e a tensão aplicada no condutor.
Dessa forma, as cargas que possuem mais energia no campo elétrico são capazes de realizar mais trabalho (atrair ou repelir outras cargas próximas), dependendo da distância e diferença de potencial entre elas. Assim, causando movimento entre as cargas, gerando uma corrente elétrica no condutor.
Natureza e potencial da carga positiva e negativa. fonte: https://electronicaonline.net/wp-content/uploads/2022/08/Campo-Electrico-Definicion.jpg
Exemplo de campo elétrico e a intensidade dele conforme você se aproxima.
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A carga elétrica central Q gera um campo elétrico ao seu redor.
As linhas vermelhas representam superfícies equipotenciais, que são locais onde o potencial elétrico é constante.
Esses potenciais variam de acordo com a distância da carga central Q, sendo maiores nas proximidades dela e menores à medida que se afastam.
O potencial elétrico mede a capacidade de Q realizar trabalho sobre uma carga q colocada no campo, seja atraindo-a ou repelindo-a, dependendo do sinal das cargas.
A carga q representada na imagem está localizada em um ponto específico do campo elétrico gerado por Q, e está experimentando a energia potencial elétrica correspondente à superfície equipotencial em que se encontra. O movimento da carga q será causado pela diferença de potencial elétrico entre a superfície onde ela está e outros pontos no campo.
Assim, o campo elétrico de Q determina a direção e a intensidade das forças que agem sobre q, causando atração ou repulsão (trabalho), dependendo da polaridade de Q e q.
O campo elétrico de cada carga influencia o movimento de outras cargas próximas, ou seja, os elétrons se repelem enquanto vão em direção às cargas elétricas com maior potencial (prótons), criando assim um movimento entre as cargas, gerando uma corrente elétrica.
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Quanto maior o potencial elétrico (tensão), maior é o movimento das cargas elétricas, ou seja, maior a capacidade de se moverem de um ponto a outro em uma corrente elétrica, por meio da força de atração e repulsão das cargas e a natureza dos elétrons de irem em direção ao ponto com maior potencial elétrico.
Em um fio de cobre, por exemplo, quando as cargas elétricas experimentam a diferença de potencial elétrico em relação às cargas elétricas de uma fonte de tensão, como uma bateria, essa diferença de potencial faz com que as cargas do condutor se movam, devido ao potencial elétrico maior das cargas elétricas da bateria.
Quando as cargas elétricas se movem ou aceleram, elas geram campos magnéticos ao seu redor. Se as variações no movimento e na velocidade das cargas forem rápidas o suficiente, é induzida a criação de novos campos elétricos, por causa da variação nos campos magnéticos.
De acordo com a Lei de Faraday sobre indução eletromagnética.
Isso cria um ciclo auto-sustentável, pois uma carga alimenta e influencia a outra.
Mas o que faz com que as baterias tenham cargas elétricas com maior potencial elétrico do que as cargas de um condutor?
Em uma bateria, ocorrem diversos processos químicos e físicos que permitem a separação e o acúmulo das cargas elétricas entre os terminais positivos e negativos.
Essa separação ocorre por meio de condutores, eletrodos e soluções eletroquímicas que interagem com as cargas elétricas, permitindo ou restringindo a passagem dessas cargas para os condutores.
Para entender melhor isso, é bom conhecer a estrutura básica de uma pilha galvânica comum:
Estrutura de uma pilha. fonte: https://www.todoestudo.com.br/wp-content/uploads/2021/09/componentes-de-uma-pilha_todo-estudo.png
As baterias são dispositivos eletroquímicos que possuem uma região onde armazenam uma grande quantidade de cargas elétricas positivas, e outra região separada com uma grande quantidade de cargas negativas.
As cargas elétricas são separadas por meio de reações eletroquímicas que ocorrem nos materiais utilizados, como soluções eletrolíticas e elétrodos, como cátodos e ânodos.
Substância é uma forma da matéria, que possui uma composição química. Ela é formada por átomos, moléculas e aglomerados iônicos.
Uma substância pode ser simples (pura) ou composta (mistura).
Uma substância simples é composta de apenas um elemento ou propriedade química, como: Alumínio (A), Ferro (Fe), Oxigênio (O_₂_) entre outras.
Substâncias compostas são formadas por dois ou mais elementos químicos diferentes. Como a água, que é formada por dois átomos de hidrogênio e um átomo de oxigênio (H₂O). Ou também como o dióxido de carbono (CO₂) que é formado por um átomo de carbono e dois átomos de oxigênio.
Uma solução é uma mistura homogênea composta por duas ou mais substâncias. Ou seja, que não é possível ver e distinguir quais são as substâncias na mistura.
A solução se forma através da união do solvente e do soluto.
O solvente é a substância responsável por dissolver o soluto, o solvente pode ser a água por exemplo, e geralmente está em maior quantidade para poder ter a capacidade de dissolver as substâncias do soluto.
O soluto é a substância ou as substâncias que irão se dissolver no solvente, o soluto pode ser por exemplo o pó do café instantâneo, e o solvente pode ser a água quente. Dessa forma o pó do café instantâneo pode se dissolver na água quente e assim formar a bebida.
Uma solução eletrolítica é formada por substâncias que permitem a passagem de cargas elétricas.
Essa solução é obtida através da dissolução de um soluto, podendo ser o Sal (NaCl) junto com outros sais e ácidos. E o solvente geralmente sendo a água ou outros solventes como LiClO usados em baterias de lítio.
Nessas soluções os íons são separados e assim conduzidos aos terminais, permitindo a condução de cargas elétricas entre eles, ao mesmo tempo que impede fluxo de elétrons entre os terminais.
Os cátodos e ânodos são elétrodos, elétrodos são condutores elétricos que permitem a passagem de eletricidade e uma solução eletrolítica usada para interagir com as cargas, e assim “armazenar” ou conduzir elas para o outro elétrodo.
Os materiais usados para construir esses elétrodos, são específicos e escolhidos por conta das suas capacidades de conduzir as cargas e participar nas reações químicas chamadas de reações de oxirredução (oxidação-redução). Essas reações permitem a transferência de elétrons entre os terminais da bateria.
Exemplo de célula galvânica. fonte: https://ev-era.com/wp-content/uploads/2022/09/Bateria-Chumbo-esquematico.png
Os ânodos fazem parte do terminal negativo, são responsáveis pela oxidação (perda de elétrons em átomos), assim liberando elétrons que fluem para o circuito externo (fazendo com que ânodo aja como terminal negativo, liberando e transferindo elétrons para o condutor conectado ao terminal negativo, como um fio de cobre), e gerando íons positivos (cátions) que se dispersam pela solução eletrolítica e se movem em direção aos cátodos.
Isso ocorre pois, quando os átomos perdem elétrons, eles se tornam íons positivos (cátions).
E quando os átomos ganham elétrons, eles se tornam íons negativos (ânions).
Os cátodos fazem parte do terminal positivo, são responsáveis pela reação de redução, que é o ganho de elétrons que vem do circuito externo. Apesar do ganho de elétrons, os cátodos continuam sendo positivos, por causa que eles continuam a atrair os íons positivos liberados pelos ânodos, por meio da solução eletrolítica. Esses íons positivos aceitam os elétrons que vêm do condutor ou circuito externo. Assim, ocorrendo uma reação de redução, reduzindo os cátions a átomos neutros, assim equilibrando a carga elétrica no sistema.
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Os materiais usados para construir os elétrodos, são específicos e escolhidos por conta das suas capacidades de conduzir as cargas e participar nas reações químicas chamadas de reações de oxirredução (oxidação ou redução). Essas reações permitem a transferência de íons e elétrons entre os terminais da bateria.
Em baterias alcalinas (como pilhas comuns não recarregáveis):
Ânodos geralmente são feitos de Zinco (Zn), Grafite (em íon-lítio).
Cátodos geralmente são feitos de MnO₂, LiCoO₂, ou outros óxidos.
Eletrólitos geralmente são feitos de KOH, sais de lítio em solventes.
Através das reações químicas dos eletrólitos, as cargas elétricas positivas e negativas são separadas, e por meio de condutores como elétrodos, as cargas são conduzidas para os terminais positivos e negativos, e os íons são transferidos entre os cátodos e ânodos.
Ânodos perdem elétrons (terminal negativo -), e Cátodos ganham elétrons (terminal positivo +) .
Exemplo de célula galvânica. fonte: https://static.todamateria.com.br/upload/re/pr/representacaopilha-cke.jpg?auto_optimize=low
Vale lembrar que existem baterias que invertem o processo dependendo da ação de carga ou descarga elétrica. Em baterias recarregáveis, como as de íon de lítio, durante a carga, o sentido das reações eletroquímicas é invertido. Os ânodos tornam-se positivos e os cátodos negativos. No entanto, a terminologia continua a mesma.
Exemplo de eletrólise. fonte: https://static.vecteezy.com/ti/vetor-gratis/p1/18891993-eletrolise-da-solucao-eletrolitica-em-ilustracaoial-de-eletroquimica-vetor.jpg
Este é um exemplo de eletrólise, na eletrólise os cátodos são negativos e os ânodos são positivos.
Isso ocorre por conta que a eletrólise é um processo eletroquímico que acontece por meio de uma corrente elétrica usada para quebrar ligações químicas não espontâneas.
Ou seja, na eletrólise ocorre uma reação química forçada, por meio de uma fonte de energia externa (bateria), causando uma reação química não espontânea entre os componentes como: eletrólitos e elétrodos.
O ânodo conectado ao terminal positivo, perde elétrons (reação de oxidação), assim liberando íons positivos e atraindo íons negativos.
E o cátodo conectado ao terminal negativo, ganha elétrons (reação de redução), e assim liberando íons negativos, e atraindo íons positivos.
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Exemplo de eletroímã. fonte: https://i.ytimg.com/vi/qMY00cuPOz4/hqdefault.jpg
Então no fim, as baterias recebem energia elétrica externa, e por meio das soluções eletrolíticas e os elétrodos, essa energia é armazenada em energia eletroquímica, que é liberada como energia elétrica por meio de condutores externos, como um fio de cobre.
Como já vimos, para a criação de um campo eletromagnético, não basta apenas uma corrente elétrica em um condutor, mas sim que ocorra a variação nos campos elétricos e magnéticos.
Em uma corrente elétrica, os campos elétricos e magnéticos estão interligados, pois a variação nos campos elétricos gera campos magnéticos e a variação nos campos magnéticos gera campos elétricos.
Por isso, os campos elétricos e magnéticos se propagam juntos perpendicularmente em ondas eletromagnéticas, em uma velocidade cerca de 300.000 Km/s (velocidade da luz).
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Então, para variar os campos elétricos e magnéticos e assim propagar mais ondas eletromagnéticas, ou ondas em uma frequência e oscilação específica, é necessário variar a corrente elétrica, para assim variar os campos elétricos e gerar mais campos magnéticos e vice-versa.
A variação da corrente pode ser através da mudança de tensão aplicada na corrente, velocidade entre outros tipos.
Assim, existem 2 tipos de correntes elétricas.
Correntes contínuas e alternadas:
A corrente contínua (CC) é um tipo de corrente onde não há muita variação nos campos elétricos e magnéticos, o que não produz muitas ondas eletromagnéticas ao redor do condutor.
Já a corrente alternada (AC), é um tipo de corrente onde existe uma grande variação nos campos elétricos, e assim, nos magnéticos.
A variação na corrente pode ser através da mudança de tensão, polaridade e velocidade da corrente.
A corrente alternada é geralmente encontrada nas tomadas de residências. Para que os dispositivos eletrônicos possam funcionar adequadamente, essa corrente alternada é frequentemente convertida em corrente contínua por meio de componentes e circuitos eletrônicos, como retificadores e reguladores de tensão.
Muitas vezes são usados dispositivos eletrônicos chamados de inversores, os inversores transformam uma corrente contínua em alternada com uma potência específica
Assim, os dispositivos eletrônicos como roteadores e modems, por meio da corrente alternada recebida da tomada por exemplo, eles conseguem regular a tensão da corrente que irá fluir sobre o circuito, e então, através dos circuitos moduladores, desmoduladores e componentes como reguladores de tensão, eles manipulam os campos elétricos e magnéticos variando a tensão da corrente, assim emitindo ondas eletromagnéticas em uma frequência específica, e com variações específicas para as informações.
É por meio dessas variações, ou oscilações, que essas ondas são emitidas em uma frequência específica e em formas de informações.
A frequência de uma onda eletromagnética, é a quantidade de oscilações que ela faz por segundo, ou seja, a quantidade de variações nos campos elétricos e magnéticos que ela faz por segundo.
A frequência de uma onda eletromagnética é medida em Hertz (Hz).
Os Hertz correspondem à quantidade de oscilações ou “ciclos” que a onda faz por segundo, ou seja, se uma corrente varia a tensão e consequentemente o campo eletromagnético uma vez por segundo, ela emite uma onda eletromagnética de 1 Hz (Hertz).
Quanto mais oscilações uma onda eletromagnética faz por segundo (frequência), menor é o comprimento dela, o que resulta em um menor alcance de propagação e capacidade de atravessar paredes e objetos, pois ela também possui maior capacidade de ser absorvida por materiais metálicos.
Porém, maior vai ser a capacidade de transmitir informações, pois as informações são transmitidas por meio de oscilações da onda, assim, as ondas são moduladas em formato de pacotes de dados de rede, e então, desmoduladas e interpretadas como os pacotes de rede que conhecemos.
Já as ondas com menos oscilação, ou seja, menor frequência, maior vai ser o comprimento da onda, e assim maior será o alcance de propagação e capacidade de atravessar paredes e objetos.
Porém menor vai ser a capacidade de transmitir informações, pois a transmissão de informações depende das oscilações que a onda faz.
Por conta disso que modems e roteadores operam em diferentes frequências, pois cada frequência tem suas vantagens e desvantagens, e o uso delas depende do propósito da rede. Exemplo:
Redes que operam a 2.4 Ghz, possuem um alcance maior do que as redes de 5 Ghz, mas elas possuem menor capacidade de transmitir informações do que as redes de 5 Ghz. E isso é devido à menor quantidade de ciclos que a onda faz por segundo, fazendo com que o comprimento da onda seja maior.
Redes de 5 Ghz possuem um comprimento de onda menor, por causa da grande quantidade de ciclos realizados por segundo durante a propagação.
O que possibilita transmitir mais informações por segundo, mas com um alcance menor, do que redes que operam em frequências mais baixas como 2.4 Ghz.
Redes de 2.4 Ghz oscilam 2 Bilhões e 400 milhões de vezes por segundo, o que faz com que o comprimento de onda seja maior comparado com as ondas de redes em 5 Ghz.
Redes de 5 Ghz oscilam 5 Bilhões de vezes por segundo, o que faz com que o comprimento de onda seja menor.
Por isso, existem as diferentes frequências em que os dispositivos de comunicação operam, cada frequência serve para um propósito e contexto específico.
Isso é chamado espectro eletromagnético, cada frequência serve para um propósito específico e possui um nome para se classificar.
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As ondas de maior comprimento, ou seja, de frequências mais baixas, são geralmente usadas para comunicação a longa distância, como rádio, telefonia, wifi entre outras.
Os sinais de rádio por exemplo, geralmente operam entre kHz e GHz.
As ondas de luz que vemos são ondas eletromagnéticas em uma frequência de 430 Thz a 750 Thz o que corresponde a 400 e 700 nanômetros de onda. Essa faixa é chamada de espectro visível.
Quanto menor o comprimento da onda, ou seja, maior a frequência, mais energia é transportada por conta das oscilações nos campos elétricos e magnéticos.
Existem frequências que são prejudiciais ou até perigosas para os seres humanos. Existem as frequências ionizantes e não ionizantes.
Ionizante é referente ao tipo de energia transportada pela onda.
Uma onda ionizante pode remover os elétrons dos átomos ou moléculas, criando íons. Ou seja, capaz de modificar as moléculas e células do corpo humano. O que é perigoso para nós.
As frequências ionizantes, são ondas eletromagnéticas em frequências baixas capazes de transportar energia ionizante, exemplo:
Radiação Gama: entre 10¹⁹ e 10²⁴ Hz geralmente usada para fins médicos, como radioterapia.
Radiação Ultravioleta (UV): entre 10¹⁵ e 10¹⁶ Hz como a radiação emitida pelo sol e máquinas de bronzeamento.
Raios X: entre 10¹⁶ e 10¹⁹ Hz geralmente usadas para capturar uma foto do interior do corpo humano.
A Radiação Alfa e Beta não são ondas eletromagnéticas, mas sim partículas que transportam energia ionizante, por isso não possuem uma frequência.
As antenas possuem o papel de propagar e capturar ondas eletromagnéticas, que são sinais que transmitem informações.
A potência do sinal, ou seja, capacidade de transmitir e capturar informações (ondas eletromagnéticas), depende principalmente da antena, estrutura e resistividade do condutor usado nela.
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A potência do sinal depende também da distância que você está do condutor do campo eletromagnético, ou seja, do emissor da onda.
A direção de propagação das ondas depende da posição e formato da antena, pois os campos elétricos se propagam de forma perpendicular com o campo magnético, através da corrente que flui pela antena.
Exemplo de bobina. fonte: https://br.pinterest.com/pin/648025833886446476/
Este é o exemplo de uma bobina elétrica, sendo usada para criar um campo eletromagnético.
O formato da bobina em círculos serve para criar um campo magnético forte através da corrente elétrica que passa por ela, entre os terminais negativos e positivos.
O formato da bobina em espiral faz com que o campo magnético gerado por cada laço no condutor se some, gerando um campo magnético muito mais forte do que apenas um único fio.
Os canais são as frequências de uma faixa de rede, que os dispositivos podem utilizar para operar, e se comunicarem sem interferências.
Cada faixa de frequência de rede, como 2.4 GHz, 5 GHz ou 6 GHz possui uma quantidade específica de canais disponíveis, dependendo das regulamentações locais.
Esses canais são usados por diferentes redes e dispositivos, permitindo que eles operem na mesma faixa de frequência (2.4 GHz por exemplo) simultaneamente, mas sem muitas interferências.
Existe uma quantidade limitada de canais por faixa de rede, ou seja, a quantidade de dispositivos que podem operar simultaneamente na mesma faixa de frequência (2.4 Ghz por exemplo) mas sem sofrer interferências eletromagnéticas significativas.
Redes de 2.4 GHz geralmente possuem de 1 a 14 canais disponíveis por exemplo, dependendo da regulamentação local.
Cada canal ocupa 22 MHz de largura de banda, e o espaçamento entre eles é de 5 MHz, assim fazendo com que muitas frequências da faixa 2.4 Ghz por exemplo, se sobreponham.
Como por exemplo:
O canal 1 utiliza as frequências 2,401 a 2,423 GHz.
O canal 2 utiliza 2,406 a 2,428 GHz.
Dessa forma, apenas alguns canais podem ser utilizados sem interferência, como os canais 1, 6 e 11.
Canais de rede e suas frequências. fonte: https://media.arubanetworks.com/images/blogs/2410i3E1F4CCB87ADEF1E.png
Simplificando, os canais são usados por dispositivos, para poderem operar em uma mesma faixa de frequência, como: 2.4 Ghz ou 5 Ghz mas sem sofrerem muitas interferências. Por isso eles escolhem um canal específico da faixa de frequência, para se comunicarem com outros dispositivos sem sofrerem muitas interferências.
Por isso que, para você se comunicar com outro dispositivo, além de você ter que operar na mesma frequência que ele, é preciso que você também esteja no mesmo canal de comunicação que ele opera.
Referências de estudo, e fontes recomendadas para melhor entendimento:
Estrutura dos átomos
Potencial elétrico, Diferença de potencial e tensão Potencial elétricoIndução eletromagnética FaradayIndução eletromagnética FaradayElétrodosSoluções eletrolíticasModulação e Tipos de modulação