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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.
10º Ano Ensino Secundário 2
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 …
10º Ano Ensino Secundário 4
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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10º Ano Ensino Secundário 8
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
10º Ano Ensino Secundário 14
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