Espectros de radiação descontínuos e a composição do Universo. Espectros de emissão e de absorção

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1 Espectros de radiação descontínuos e a composição do Universo Espectros de emissão e de absorção

2 O Espetro Eletromagnético 2

3 Auguste Comte A propósito dos astros, no séc. XIX afirma Poderemos determinar as suas formas, as suas distâncias, os seus tamanhos e os seus movimentos, mas nunca seremos capazes de conhecer a sua composição química Nome completo Nascimento Morte Isidore Auguste Marie François Xavier Comte 19 de janeiro de 1798, Montpellier, França 5 de setembro de 1857 (59 anos), Paris, França 3

4 Espetro Eletromagnético RELEMBRAR ENERGIA CRESCENTE A mais pequena porção de uma radiação corresponde a um fotão, ou partícula portadora de energia. 4

5 Espetro do Visível Evidência a existência de diversas radiações na luz visível 5

6 A descoberta dos espectros de radiação descontínuos 6

7 A descoberta dos espectros de radiação descontínuos Em 1666, o físico inglês Isaac Newton fez um feixe de luz solar ( luz branca ) atravessar um prisma e notou que, ao emergir do prisma, o feixe estava decomposto num feixe cores Para mostrar que a luz branca está composta pelas cores anteriores, constrói um disco com diversos setores coloridos com as sete cores anteriores. Fazendo o disco girar rapidamente ao redor de um eixo perpendicular ao seu plano e que passe pelo seu centro, notaremos que ele vai se apresentar branco DISCO DE NEWTON 7

8 A descoberta dos espectros de radiação descontínuos A luz dispersa-se no interior do prisma e à saída deste pode obter-se, num alvo, uma sucessão de bandas coradas 8

9 A descoberta dos espectros de radiação descontínuos 9 Em 1752 o físico escocês Thomas Melvill, ao colocar diferentes substâncias sobre uma chama e analisando a luz resultante com um prisma, descobriu diferentes espectros. Por exemplo o sal de cozinha gerava um amarelo brilhante. Além disso nem todas as cores do arco-íris apareciam.

10 A descoberta dos espectros de radiação descontínuos Em 1826 o astrónomo inglês John Herschel reconheceu que os espectros forneciam uma excelente impressão digital permitindo a identificação de pequenas quantidades de um elemento em pó colocado sobre uma chama. Se a luz dessas chamas incidir sobre um prisma, será obtido um espectro descontínuo, ou seja, serão observadas apenas algumas linhas luminosas coloridas intercaladas por regiões sem luz. hidrogénio hélio carbono 10

11 A composição do Universo 11

12 A composição do Universo Pensava-se que o espetro solar era contínuo Muito tempo se passou até que a descoberta de Newton chamasse a atenção de outros físicos e dos astrônomos. 12

13 A composição do Universo Em 1802 o físico inglês William Wollaston acoplou ao prisma uma fenda ajustável, podendo dessa forma usar fendas muito estreitas para obter espectros bastante nítidos. Descobriu assim que existiam finas riscas negras no arco-íris de cores da luz do Sol 13

14 A descoberta dos espectros de radiação descontínuos Estas riscas foram estudadas de forma mais sistemática pelo fabricante alemão de espelhos e lentes Joseph von Fraunhofer de 1814 a Este, ao utilizar um telescópio para observar a luz refratada pelo prisma, identificou 574 riscas escuras no espectro da luz do Sol. Para designar as oito riscas mais proeminentes usou as letras de A a G. Fraunhofer foi no entanto incapaz de explicar por que razão estas linhas se encontravam no espectro da luz do Sol. 14

15 A descoberta dos espectros de radiação descontínuos Espetro Solar Se pudesse-mos pegar no arco-íris e observá-lo ao microscópio poderíamos ver que não se trata de uma mistura contínua de cores. Fraunhofer não fazia ideia que este espectro era um mapa codificado da composição química do Sol. A informação contida nestas linhas, hoje em dia chamadas linhas de Fraunhofer, revelaria mais tarde essa mesma composição química. 15

16 Espetros de Emissão e de Absorção Em1859, o físico alemão Gustav Kirchhoff enquanto estudava vapores incandescentes de sódio observou a existência de duas linhas brilhantes na mesma posição das duas linhas escuras D de Fraunhofer. Espetro do sódio Após experiências adicionais com a luz do Sol, vapores ou gases de diferentes elementos e o mapa das linhas de Fraunhofer, Kirchhoff enunciou as três leis: 16

17 A descoberta dos espectros de radiação descontínuos 1 - Qualquer sólido ou gás a alta pressão e incandescentes produzem um espectro contínuo. 18

18 A descoberta dos espectros de radiação descontínuos 2 - Qualquer gás a baixa pressão e incandescente produz um espectro descontínuo de riscas, o qual depende dos elementos que o compõem e é único para cada gás. 19

19 A descoberta dos espectros de radiação descontínuos 3 - Quando a luz proveniente de qualquer sólido ou gás a alta pressão e incandescentes atravessa um gás ou um vapor no seu caminho, o espectro de emissão desse gás ou vapor é subtraído ao espectro contínuo, deixando riscas escuras no seu lugar 20

20 A descoberta dos espectros de radiação descontínuos Munido deste conhecimento, Kirchhoff descodificou as linhas de Fraunhofer. As linhas escuras e a sua posição indicavam que a atmosfera do Sol continha sódio, magnésio, ferro, cálcio, cobre e zinco entre outros elementos. Os astrónomos tinham agora a chave para determinar a composição das estrelas e consequentemente do Universo. 21

21 Espectros, Energia e Radiações 22

22 Espetros Emissão É possível conseguir espectros assim por meio de um feixe de luz produzido num tubo de descarga elétrica a elevadas temperaturas e baixas pressões, que contenha gases de determinados elementos. 23

23 Espetro da Luz Visível ENERGIA CRESCENTE UV IV FREQUÊNCIA CRESCENTE COMPRIMENTO DE ONDA CRESCENTE 24

24 Energia de Radiações EM Luz visível Radiação Energia/fotão (x10-19 J) Raios Χ e Raios γ 660 Ultravioleta 6,6 Violeta 4,7 Azul 4,2 Verde 3,7 Amarelo 3,4 Laranja 3,2 Vermelho 2,8 Infravermelho 1,9 Micro-ondas e ondas de rádio 0,002 ENERGIA CRESCENTE 25

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