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RADIAÇÃO, ENERGIA E ESPECTROS

As estrelas são muitas vezes classificadas pela cor e, consequentemente, pelas suas temperaturas, usando uma escala que foi imaginada na Universidade de Harvard no princípio do século XX.

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SABEMOS … Que a temperatura das estrelas está relacionada com a sua cor

Que a distância entre dois objetos se pode determinar com grande exatidão utilizando o método da triangulação.

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SABEMOS …

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Hipparcos

Hiparco, em grego Hipparkhos, nasceu

em Nicéia, foi astrónomo, construtor,

cartógrafo e matemático grego

da escola de Alexandria, hoje Iznik, na Turquia.

HIPPARCOS significa The High Precision Parallax Collecting

Satellite Foi utilizado para medir com precisão distâncias

no universo. O seu sucessor foi GAIA

O Método da triangulação e HIPPARCOS

GAIA irá traçar um mapa tridimensional

da Via Láctea, com o objetivo de

conhecer a composição, a formação e a

evolução da galáxia

Mas será possível obter informação sobre a composição química de estrelas

distantes?

Em 1835, o Filosofo Augusto Conte disse referindo-se ao sol, às estrelas e aos planetas:

“Nós podemos determinar as suas formas e suas distâncias, os seus tamanhos e os seus movimentos mas nunca seremos capazes de conhecer a sua composição Química”

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a luz proveniente das estrelas permite conhecer além da sua temperatura também os elementos presentes numa estrela, num planeta ou numa galáxia.

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Augusto Conte estava enganado porque afinal…

A energia produzida pelas ESTRELAS É emitida através de radiação eletromagnética que

percorre o espaço vazio.

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A radiação eletromagnética que chega à Terra fornece, portanto, informação sobre:

A fonte emissora e o meio que teve de atravessar.

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Quase toda a energia que a Terra recebe e o ser humano utiliza vem do Sol

sob a forma de radiação. Embora a luz do Sol seja branca quando atravessa certos meios óticos decompõe-se numa série de cores simples ou monocromáticas que vão desde o vermelho ao violeta e cuja ordem está relacionada com a energia de cada uma delas. O conjunto destas radiações simples forma o chamado espetro da luz branca. A luz diz-se policromática por ser constituída por várias cores.

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A velocidade destas radiações no vazio é 3,0 x108 m/s. No ar é praticamente a mesma. Em alguns meios dispersantes as diferentes cores têm diferentes velocidades resultando daí a sua dispersão ou separação.

O espetro solar e os espetros resultantes de corpos incandescentes

resultam da luz emitida por esses corpos e por isso

denominam-se espetros de emissão.

Histórico Isaac Newton (1642 - 1727)

Qual a

natureza

da luz? A natureza da Luz

Histórico

Isaac Newton (1642 - 1727)

Christian Huygens (1629 - 1695)

EMPATE luz tem comportamento dual

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Qual a Natureza da LUZ?

Onda ? Ou partícula?

Neste fenómeno (efeito fotoelétrico)

um fotão colide com um átomo de um

metal provocando uma excitação

atómica e arrancando o eletrão.

Energia do fotão

E = h ν

Fotões

incidentes Eletrões ejetados

Neste fenómeno (difração) as ondas de luz

passam por um orifício ou contornam um objeto

cuja dimensão é da mesma ordem de grandeza

que o seu comprimento de onda.

metal

As ondas eletromagnéticas foram descritas

teoricamente por Maxwell, em 1860, e

detetadas experimentalmente por Hertz

alguns anos mais tarde

partícula

onda

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Qual é então a Natureza da LUZ? A Luz tem simultaneamente duplo comportamento: ondulatório e corpuscular. A luz é constituída por partículas os fotões que transportam energia dada pela equação de Planck.

A luz visível não

corresponde a um

único tipo de radiação

E = h ν E – energia da radiação

h – constante de Planck

ν – frequência da radiação

Dispersão da Luz

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A dispersão ocorre porque as diferentes

radiações eletromagnéticas se propagam com

velocidades diferentes nos diferentes meios.

Ao resultado desta decomposição

chamamos espetro (spectrum = imagem)

Porque é que ocorre a dispersão da Luz? Quando ocorre?

O que é o espectro eletromagnético?

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“ Espetro – é o conjunto de radiações emitidas ou absorvidas por um determinado material.”

Os vários tipos de radiações eletromagnéticas diferem entre si em várias propriedades entre elas a frequência o comprimento de onda a energia que lhe está associada …

Esta variedade de radiações eletromagnéticas constitui o

espetro eletromagnético

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Penetra a

atmosfera?

Comprimento

de onda () -

em metros

Microond. Infraverm. Visível Ultraviol. Raios-X Raio Gama

Do tamanho de...

prédios humanos abelha protozoários agulha moléculas núcleo atomico átomos

frequência -

em Hertz

Temperatura

- em Celsius

O ESPECTRO ELETROMAGNÉTICO

10 Milhões ºC 10.000 ºC - 173ºC - 272ºC

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Espetro eletromagnético

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Espetro eletromagnético zona do visível

Quanto mais elevada for a

temperatura de um corpo mais

elevado é o número de fotões

emitidos, por unidade de área

maior é a intensidade da

radiação.

Quanto mais elevada for a

temperatura de um corpo maior

é o valor da energia da radiação

emitida e maior é o

deslocamento para o violeta.

O efeito térmico

da radiação

depende do

número de fotões

e da sua energia

logo da sua

frequência.

Efeito térmico das

radiações visíveis

+

-

As estrelas de cor azul

têm uma temperatura

mais elevada que as

estrelas de cor laranja.

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TIPOS DE ESPETROS

Contínuos - são constituídos por uma gama contínua de cores

ou radiações (espetro solar)

Descontínuos ou de riscas - quando apresentam somente

certos valores de energia (espetros atómicos).

Tipos de Espetros

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Contínuos

Além do Sol outras fontes

luminosas emitem espetros

contínuos mas a intensidade da

luz emitida varia com a cor:

Lâmpada de vapor de Hg;

Luz de leitura de código de

barras;

Luz solar;

Lâmpada de tungsténio.

A Luz emitida pelo Sol constitui o Espectro Solar

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Esta variedade de radiações constitui o espectro eletromagnético

O espetro de Fraunhofer ou linhas de Fraunhofer são um

conjunto de linhas espetrais, associadas originalmente a faixas

escuras existente no espetro solar, e que foram catalogadas

pelo físico alemão Joseph von Fraunhofer.

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Cada espectro é característico de uma substância e permite identificá-la.

Nos espetros de absorção, é

a sobreposição das cores

não absorvidas que confere

a cor das soluções;

Tipos de Espetros

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http://jersey.uoregon.edu/vlab/elements/Elements.html

Espectro Contínuo Linhas de Emissão

Espectro Contínuo com

linhas de absorção

Fonte de

Espectro Contínuo

Nuvem de Gás

Tipos de Espetros

Nos espetros de emissão, é

a sobreposição das cores

emitidas que confere a cor

das chamas;

Espetro de emissão de um tubo de descarga contendo hidrogénio

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Espectros de emissão emissão de energia pelos eletrões

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As riscas do espectro dependem dos eletrões.

Quanto maior o número de eletrões de

valência mais riscas irá ter o espectro, ou

seja, mais complexo é o espectro

Comparando o espetro de emissão de uma estrela com o espetro de

um determinado elemento podemos saber se ele está

presente ou não na atmosfera da estrela.

Deslocamento para o vermelho A estrela está a afastar-se do

observador, Terra (consequência da expansão do universo)

Deslocamento para o violeta

A estrela está a aproximar-se do observador.

1. Inferir sobre a presença ou não de um elemento (descobrindo uma ou várias linhas de absorção ou emissão).

2. Medir a sua quantidade.

http://astro.if.ufrgs.br/rad/elements/Elements.htm

Hidrogénio: linhas características

A análise do espetro permite

A relação entre a quantidade de elemento presente e as carateristicas das riscas é a seguinte:

1. Quanto mais intensa e mais escura for a linha de absorção, maior é a quantidade de elemento.

2. Quanto mais intensa e mais clara for a linha de emissão, maior é a quantidade de elemento.

p n p n

emissão

Os átomos e as moléculas podem

receber energia por diversos

processos:

•Descargas elétricas (colisões com

eletrões).

•Aquecimento (colisões com outros

átomos).

•Absorção de energia (aumento de

energia dos seus eletrões).

O conhecimento que temos dos átomos resultou, em parte, da informação da radiação que absorve ou que emite. O contrário é igualmente válido - a natureza da

luz foi aprofundada em estudos de interação da radiação com a matéria.

Quando a energia fornecida a um

átomo é suficientemente grande o

eletrão pode mesmo abandonar o

átomo dando-se a remoção

eletrónica.

Einc = Er + EC

EFEITO FOTOELÉTRICO

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Einc = W + EC

Interação da radiação com a matéria PERMITE CONHECER A CONSTITUIÇÃO DOS MATERIAIS

Einc – energia dos fotões incidentes

W – energia de remoção

Ec – energia cinética

A remoção eletrónica também ocorre para um metal. Quando uma

radiação eletromagnética incide sobre um metal e este liberta eletrões

com uma certa energia cinética, obtém-se o chamado efeito fotoelétrico.

No efeito fotelétrico ocorre

transformação de energia

radiante em energia elétrica.

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EFEITO FOTOELÉTRICO

Eradiação = Eremoção + Ecinética do eletrão

Energia em

excesso que o

eletrão transporta

como energia

cinética

Quantidade de

energia incidente

utilizada para

remover o eletrão

do átomo.

Eradiação Eremoção

Há efeito fotoelétrico

Eradiação < Eremoção

Não há efeito fotoelétrico

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Phet – Efeito Fotoelétrico

Representação esquemática de uma

célula fotoelétrica

http://phet.colorado.edu/en/simulation/photoelectric

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Célula fotoelétrica

A - Placa metálica ligado

ao polo negativo da fonte

de tensão (pilha).

B - Terminal positivo do

circuito (ligado ao positivo

da fonte de tensão).

Fonte de tensão

Amperímetro

Efeito fotoelétrico

A intensidade de um feixe de fotões corresponde ao número de fotões do feixe.

- O número de eletrões extraídos por efeito fotoelétrico depende do número de fotões do feixe, ou seja, da intensidade da radiação.

- A energia cinética do eletrão extraído por efeito fotoelétrico depende da energia de cada fotão, ou seja, da frequência da radiação.

Sendo assim:

Aplicações do efeito fotoelétrico

-Na abertura automática de portas à nossa passagem. -Na leitura de bandas sonoras de filmes ou de códigos de barras. -Nas células solares que alimentam as baterias dos satélites artificiais. -Na contagem de pessoas que visitam uma exposição ou assistem a um espetáculo. -Em sistemas de alarme. -Etc…

Fim