aula1.metbio
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1 Radiação Eletromagnética Representação do vetor campo elétrico de uma onda eletromagnética circularmente polarizada. A radiação eletromagnética é uma oscilação em fase dos campos elétricos e magnéticos, que, autossustentando-se, encontram-se desacoplados das cargas elétricas que lhe deram origem. As oscilações dos campos magnéticos e elétricos são perpendiculares entre si e podem ser entendidas como a propagação de uma onda transversal, cujas oscilações são perpendiculares à direção do movimento da onda (como as ondas da superficie de uma lâmina de água), que pode se deslocar através do vácuo. Dentro do ponto de vista da Mecânica Quântica, podem ser entendidas, ainda, como o deslocamento de pequenas partículas, os fótons. O espectro visível, ou simplesmente luz visível, é apenas uma pequena parte de todo o espectro da radiação eletromagnética possível, que vai desde as ondas de rádio aos raios gama. A existência de ondas eletromagnéticas foi prevista por James Clerk Maxwell e confirmada experimentalmente por Heinrich Hertz. A radiação eletromagnética encontra aplicações como a radiotransmissão, seu emprego no aquecimento de alimentos (fornos de microondas), em lasers para corte de materiais ou mesmo na simples lâmpada incandescente. A radiação eletromagnética pode ser classificada de acordo com a frequência da onda, em ordem crescente, nas seguintes faixas: ondas de rádio, micro-ondas, radiação terahertz, radiação infravermelha, radiação visível, radiação ultravioleta, raios X e radiação gama. Ondas eletromagnéticas Representação esquemática de uma onda eletromagnética linearmente polarizada produzida por um dipolo elétrico oscilante (à esquerda). A onda se propaga ao longo do eixo horizontal comcomprimento de onda λ (ao centro). O campo elétrico, o campo magnético e o vetor de onda são representados, respectivamente, em azul, vermelho e preto (à direita). As ondas eletromagnéticas primeiramente foram previstas teoricamente por James Clerk Maxwell e depois confirmadas experimentalmente por Heinrich Hertz. Maxwell notou as ondas a partir de equações de electricidade e magnetismo, revelando sua natureza e sua simetria. Faraday mostrou que um campo magnético variável no tempo gera um campo eléctrico. Maxwell mostrou que um campo eléctrico variável com o tempo gera um campo magnético, com isso há uma auto-sustentação entre os campos eléctrico e magnético. Em seu trabalho de 1862, Maxwell escreveu: "A velocidade das ondas transversais em nosso meio hipotético, calculada a partir dos experimentos electromagnéticos dos Srs. Kohrausch e Weber, concorda tão exactamente com a velocidade da luz, calculada pelos experimentos óticos do Sr. Fizeau, que é difícil evitar a inferência de que a luz consiste nas ondulações transversais do mesmo meio que é a causa dos fenômenos eléctricos e magnéticos." [] Ondas harmônicas Uma onda harmônica é uma onda com a forma de uma função sinusoidal, como na figura, no caso de uma onda que se desloca no sentido positivo do eixo dos . 2 A distância entre dois pontos consecutivos onde o campo e a sua derivada têm o mesmo valor, é designada por [comprimento de onda] (por exemplo, a distância entre dois máximos ou mínimos consecutivos). O valor máximo do módulo do campo, , é a sua {amplitude}. Onda Harmônica O tempo que a onda demora a percorrer um comprimento de onda designa-se por {período}, . O inverso do período é a frequência , que indica o número de comprimentos de onda que passam por um ponto, por unidade de tempo. No sistema SI a unidade da frequência é o hertz, representado pelo símbolo Hz, equivalente a . No caso de uma onda eletromagnética no vácuo, a velocidade de propagação é que deverá verificar a relação: A equação da função representada na figura acima é: onde a constante é a fase inicial. Essa função representa a forma da onda num instante inicial, que podemos admitir . Para obter a função de onda num instante diferente, teremos que substituir por , já que a onda se propaga no sentido positivo do eixo dos , com velocidade . Propriedades Os campos eléctrico e magnético obedecem aos princípios da superposição de ondas, de modo que seus vectores se cruzam e criam os fenômenos da refracção e da difração. ] Uma onda eletromagnética pode interagir com a matéria e, em particular, perturbar átomos e moléculas que as absorvem, podendo os mesmos emitir ondas em outra parte do espectro. Como qualquer fenômeno ondulatório, as ondas eletromagnéticas podem interferir entre si. Sendo a luz uma oscilação, ela não é afetada pela estática eléctrica ou por campos magnéticos de uma outra onda eletromagnética no vácuo. Em um meio não linear, como um cristal, por exemplo, interferências podem acontecer e causar o efeito Faraday, em que a onda pode ser dividida em duas partes com velocidades diferentes. Na refracção, uma onda, transitando de um meio para outro de densidade diferente, tem alteradas sua velocidade e sua direcção (caso esta não seja perpendicular à superfície) ao entrar no novo meio. A relação entre os índices de refracção dos dois meios determina a escala de refração medida pela lei de Snell: Nesta equação, i é o ângulo de incidência, N 1 é o índice de refração do meio 1, r é o ângulo de refração, e N 2 é o índice de refração do meio 2. A luz se dispersa em um espectro visível porque é reflectida por um prisma, devido ao fenômeno da refração. As características das ondas eletromagnéticas demonstram as propriedades de partículas e do onda ao mesmo tempo, e se destacam mais quando a onda é mais prolongada. Modelo de onda eletromagnética Um importante aspecto da natureza da luz é a frequência uma onda, sua taxa de oscilação. É medida em hertz, a unidade SIU de frequência, na qual um hertz (1,00 Hz) é igual a uma oscilação por segundo. A
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ele
exc
ita u
m e
létr
on, e
leva
ndo-
o a
um a
lto n
ível
de
ener
gia.
Se
o ní
vel d
e en
ergi
a é
sufic
ient
e, e
le p
ula
para
out
ro n
ível
mai
or d
e en
ergi
a, p
oden
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scap
ar d
a at
raçã
o do
nú
cleo
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er li
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m u
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roce
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mo
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m e
létro
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ener
gia
men
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um
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luz
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ifere
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omo
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s de
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rgia
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um
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mo
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disc
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s, c
ada
elem
ento
tem
sua
s pr
ópria
s ca
ract
erís
ticas
de
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são
e ab
sorç
ão.
Esp
ectr
o el
etro
mag
nét
ico
E
spec
tro
elet
rom
agné
tico
com
o e
spec
tro
de lu
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icad
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tro e
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mag
nétic
o é
clas
sific
ado
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alm
ente
pel
o co
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omo
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ndas
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o, a
s m
icro
-ond
as, a
radi
ação
infr
aver
mel
ha, a
radi
ação
vis
ível
, os
raio
s ul
travi
olet
a, o
s ra
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X, a
té
a ra
diaç
ão g
ama.
O c
ompo
rtam
ento
da
onda
ele
trom
agné
tica
depe
nde
do s
eu c
ompr
imen
to d
e on
da. F
requ
ênci
as a
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são
curta
s, e
freq
uênc
ias
baix
as s
ão lo
ngas
. Qua
ndo
uma
onda
inte
rage
com
um
a ún
ica
partí
cula
ou
mol
écul
a,
seu
com
porta
men
to d
epen
de d
a qu
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ade
de fó
tons
por
ela
car
rega
da. A
travé
s da
técn
ica
deno
min
ada
Esp
ectro
scop
ia ó
ptic
a, é
pos
síve
l obt
er-s
e in
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açõe
s so
bre
uma
faix
a vi
síve
l mai
s la
rga
do
que
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norm
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m e
spec
trosc
ópio
com
um p
ode
dete
ctar
com
prim
ento
s de
ond
a de
2 n
m a
250
0 nm
.
Ess
as in
form
açõe
s de
talh
adas
pod
em in
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ar p
ropr
ieda
des
físic
as d
os o
bjet
os, g
ases
e a
té m
esm
o es
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s. P
or e
xem
plo,
um
áto
mo
de h
idro
gêni
o em
ite o
ndas
em
com
prim
ento
s de
21,
12 c
m. A
luz
prop
riam
ente
dita
cor
resp
onde
à fa
ixa
que
é de
tect
ada
pelo
olh
o hu
man
o, e
ntre
400
nm
a 7
00 n
m
(um
nan
ômet
ro v
ale
1,0×
10-9
met
ro).
As
onda
s de
rádi
o sã
o fo
rmad
as d
e um
a co
mbi
naçã
o de
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plitu
de,
freq
uênc
ia e
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onda
com
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anda
da
freq
uênc
ia.
Inte
raçã
o da
rad
iaçã
o co
m a
mat
éria
4
Efe
itos
biol
ógic
os
O e
feito
bio
lógi
co m
ais
óbvi
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s on
das
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rom
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hos:
a lu
z vi
síve
l im
pres
sion
a as
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ulas
do
fund
o da
retin
a, c
ausa
ndo
a se
nsaç
ão v
isua
l. P
orém
, exi
stem
out
ros
efei
tos
mai
s su
tis.
Sab
e-se
que
, em
det
erm
inad
as fr
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ncia
s, a
s on
das
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rom
agné
ticas
pod
em in
tera
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com
mol
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rese
ntes
em
org
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mos
viv
os, p
or re
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a, is
to é
, as
mol
écul
as c
ujas
freq
uênc
ias
fund
amen
tais
sej
am ig
uas
à da
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a em
que
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ptam
" es
sa o
scila
ção,
com
o um
a an
tena
de
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ef
eito
sob
re a
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écul
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pend
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nsid
ade
(am
plitu
de) d
a on
da, p
oden
do ir
do
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ples
aqu
ecim
ento
à
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ifica
ção
da e
stru
tura
mol
ecul
ar.[c
arec
e de
font
es] O
exe
mpl
o m
ais
fáci
l de
ser o
bser
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no
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a-di
a é
o de
um
forn
o de
mic
ro-o
ndas
: as
mic
ro-o
ndas
do
apar
elho
, cap
azes
de
aque
cer a
águ
a pr
esen
te n
os a
limen
tos,
tê
m e
xata
men
te o
mes
mo
efei
to s
obre
um
teci
do v
ivo.
Os
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tos
da e
xpos
ição
de
um a
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al a
um
a fo
nte
pote
nte
de m
icro
-ond
as p
odem
ser
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ficos
. Por
isso
se
exig
e o
isol
amen
to fí
sico
de
equi
pam
ento
s de
te
leco
mun
icaç
ões
que
traba
lham
na
faix
a de
mic
ro-o
ndas
, com
o as
est
açõe
s rá
dio-
base
de
tele
foni
a ce
lula
r.
Ass
im c
omo
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icro
-ond
as a
feta
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águ
a, o
ndas
em
out
ra fr
equê
ncia
de
ress
onân
cia
pode
m a
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r um
a in
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ade
de o
utra
s m
oléc
ulas
. Já
foi s
uger
ido
que
a pr
oxim
idad
e al
inha
s de
tran
smis
são
teria
rela
ções
co
m c
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de
cânc
er e
m c
rianç
as, p
or v
ia d
e su
post
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ltera
ções
no
DN
A, p
rovo
cada
s pe
la p
rolo
ngad
a ex
posi
ção
ao c
ampo
ele
trom
agné
tico
gera
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con
duto
res.
Tam
bém
já s
e es
pecu
lou
que
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o ex
cess
ivo
do te
lefo
ne c
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ar te
ria re
laçã
o co
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asos
de
cânc
er n
o cé
rebr
o, p
elo
mes
mo
mot
ivo.
Até
hoj
e,
nada
dis
so fo
i pro
vado
.
Tam
bém
já fo
ram
feita
s ex
periê
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s pa
ra a
nalis
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ito d
e ca
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agné
ticos
sob
re o
cre
scim
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de
plan
tas,
sem
nen
hum
resu
ltado
con
clus
ivo.
Rad
iaçã
o de
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po n
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V
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rtigo
prin
cipa
l:R
adia
ção
de c
orpo
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ro
A r
adia
ção
de c
orpo
neg
ro, t
ambé
m c
onhe
cida
por
rad
iaçã
o té
rmic
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a ra
diaç
ão e
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nétic
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itida
por
um
cor
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m q
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uer
tem
pera
tura
2 , co
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o um
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issã
o de
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or, o
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ja,
por m
eio
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radi
ação
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trans
ferê
ncia
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ener
gia
térm
ica
na fo
rma
de o
ndas
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etro
mag
nétic
as. Q
uand
o a
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éria
em
ite e
abs
orve
per
feita
men
te q
ualq
uer c
ompr
imen
to d
e on
da e
est
á em
equ
ilíbr
io te
rmod
inâm
ico,
con
side
ra-s
e qu
e é
um c
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neg
ro, e
sua
radi
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é c
ham
ada
de ra
diaç
ão
de c
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neg
ro.3
A e
nerg
ia c
inét
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de á
tom
os e
mol
écul
as v
aria
, con
verte
-se
em e
nerg
ia té
rmic
a e
resu
lta n
a ra
diaç
ão
elet
rom
agné
tica
térm
ica.
Com
o as
ond
as e
letro
mag
nétic
as ta
mbé
m p
odem
se
prop
agar
no
vácu
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nsfe
rênc
ia d
e ca
lor d
e um
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po a
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ro o
corr
e m
esm
o se
não
exi
stir
mei
o m
ater
ial e
ntre
os
dois
, com
o é
o ca
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ergi
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itida
pel
o S
ole
que
cheg
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Terr
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Le
is d
e W
ien
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Pla
nck:
à m
edid
a qu
e a
tem
pera
tura
dim
inui
, o p
ico
da c
urva
da
radi
ação
de
um c
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neg
ro s
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desl
oca
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men
ores
inte
nsid
ades
e m
aior
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ompr
imen
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de o
nda.
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e W
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rela
cion
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com
prim
ento
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onda
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que
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máx
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emis
são
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e co
rpo
negr
o co
m u
ma
tem
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tura
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min
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com
prim
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de
onda
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itido
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inui
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ime
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imen
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da
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o ne
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ribui
ção
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prim
ento
s de
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esp
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funç
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mpe
ratu
ra. A
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iaçã
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orre
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com
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ento
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onda
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adia
ção,
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ende
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tem
pera
tura
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a te
mpe
ratu
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ncia
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ação
e m
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5
Ap
lica
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tec
nol
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ntre
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apl
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dest
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res,
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emas
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com
unic
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sem
fio
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foni
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icaç
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ação
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