Radiações electromagnéticas; os espectros Cláudia Costa

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1 ESPECTROS, RADIAÇÕES E ENERGIA Radiações electromagnéticas; os espectros Cláudia Costa

2 Sumário: Radiações electromagnéticas; Espectro visível da luz solar; Espectros térmicos; Espectros contínuos das estrelas; Espectros de emissão de riscas; Espectros de absorção de riscas.

3 Free Template from 3 Espectro visível da luz solar A natureza destas e de outras figuras multicolores era desconhecida e encarada como algo de fantasmagórico. Por isso lhes chamaram... ESPECTROS!

4 Espectro visível da luz solar O arco-íris foi o primeiro espectro observado. Resulta da decomposição da luz branca. A luz do Sol, ao atravessar as gotas de água suspensas nas nuvens desdobra-se num conjunto de luzes (radiações) coloridas que se projectam no céu. Free Template from 4

5 Free Template from 5 Espectro visível da luz solar Newton conseguiu o mesmo efeito fazendo incidir a luz solar num prisma de vidro (prisma óptico), tendo projectado um arco-íris num alvo.

6 Espectro visível da luz solar A luz branca emitida pelo Sol é, na realidade, uma luz policromática constituída por várias radiações monocromáticas. No ar/vazio estas radiações propagam-se paralelamente à mesma velocidade (3,0 x 10 8 ms -1 ), logo não se conseguem distinguir formando a luz branca. Ao atravessar um prisma, as radiações separam-se umas das outras, saindo separadamente. Este conjunto de radiações constitui o: ESPECTRO VISÍVEL DA LUZ SOLAR. Disco de Newton Free Template from 6

7 Espectro visível da luz solar As radiações visíveis de maior energia são as de cor violeta, seguem-se as de cor anil, as azuis, as verdes, as amarelas, as laranja e, finalmente, as vermelhas. Existem outras radiações com múltiplas aplicações: as ondas de rádio (menos energéticas), as microondas, as IV, as UV, os raios X e as radiações gama (as mais energéticas) ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO. Free Template from 7

8 Free Template from 8 Espectro visível da luz solar ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO

9 Espectro visível da luz solar Radiações electromagnéticas e EFEITO TÉRMICO: qualquer corpo exposto à luz aquece! As radiações IV são as de maior efeito térmico e, por isso são utilizadas para aquecer. Free Template from 9

10 Espectros contínuos de emissão: espectros térmicos Espectro da luz solar é um espectro contínuo de emissão. É um espectro de emissão porque as radiações que o compõem são emitidas pela camada superficial do Sol (Fotosfera). É contínuo porque nos aparece como um conjunto ininterrupto de cores (radiações). As radiações que predominam nos espectros de emissão contínuos dependem da temperatura a que um corpo se encontra ESPECTROS TÉRMICOS. Free Template from 10

11 Free Template from 11 Espectros contínuos de emissão: espectros térmicos Á medida que um corpo aumenta de temperatura, a sua cor altera-se, por exemplo, quanto mais alta a temperatura do metal fundido, mais esbranquiçado nós o vemos.

12 Espectros contínuos de emissão: espectros térmicos Mas, além dos corpos incandescentes, todos os outros corpos, emitem radiações que originam um espectro de emissão contínuo. Estas radiações conferem-lhes cor que depende da temperatura a que se encontram. VER MAIS Free Template from 12

13 Espectros térmicos das estrelas Asestrelas não têm todas asmesmas cores Constelação de Oríon Free Template from 13

14 Espectros térmicos das estrelas Ao analisarmos a luz das estrelas com um espectroscópio obtemos espectros contínuos, espectros térmicos, semelhantes ao da luz solar. Ao comparar esses espectros verificámos que não são todos iguais as temperaturas das estrelas são diferentes! Nos espectros das estrelas mais quentes predominam as cores violetas e azuis; nas estrelas mais frias, os espectros apresentam cores mais avermelhadas. Free Template from 14

15 Free Template from 15 Espectros de emissão de riscas Nem todos os espectros são contínuos, alguns apresentam riscas (descontinuidades). Quando os espectros descontínuos são formados por um conjunto de riscas ou bandas BRILHANTES (podem ou não ser coloridas) sobre um fundo negro, são ESPECTROS DE EMISSÃO DE RISCAS.

16 Espectros de absorção de riscas Quando os átomos de um determinado elemento se interpõem no caminho da luz branca, algumas radiações são absorvidas por esses átomos. No espectro da luz branca vão faltar essas radiações absorvidas, ficando no seu lugar riscas pretas. ESPECTRO DE ABSORÇÃO DE RISCAS apresenta um fundo brilhantes (que pode ou não ser colorido) com riscas negras. Free Template from 16

17 Free Template from 17 Espectros de absorção de riscas As radiações absorvidas têm energia igual à das radiações que compõem o espectro de emissão do elemento. Por isso, diz-se que o espectro de absorção de um elemento é o negativo do seu espectro de emissão. Espectro Contínuo Espectro Absorção do Hidrogénio Espectro de Emissão do Hidrogénio

18 Espectros de absorção de riscas Comparando os dois espectros verifica-se que: Cada elemento tem um único espectro de emissão e um único espectro de absorção são impressões digitais pelo que permitem identificar cada elemento. Hidrogénio Hélio Sódio Ferro Free Template from 18

19 ESPECTROS, RADIAÇÕES E ENERGIA Aplicações das radiações Cláudia Costa

20 Sumário: Algumas aplicações tecnológicas das radiações; Interpretação dos espectros de absorção das estrelas; Efeito fotoeléctrico.

21 Utilizações das radiações electromagnéticas RADIAÇÕES VISÍVEIS: Este tipo de radiações permitenos percepcionar o mundo à nossa volta. É através delas que podemos VER!. Também podem produzir-se lasers (feixes de radiações monocromáticos muito intensos) que podem ser usados para cortar diferentes materiais, esterilizar instrumentos cirúrgicos ou como bisturi cirúrgico. Free Template from 21

22 Free Template from 22 Utilizações das radiações electromagnéticas ONDAS RÁDIO: São as radiações menos energéticas e são muito usadas nas comunicações (telecomunicação e radiodifusão).

23 Utilizações das radiações electromagnéticas MICROONDAS: São do mesmo tipo que as ondas rádio mas mais energéticas. Também possuem grande poder térmico e, por isso são aplicadas nos fornos microondas. Também são usadas em sistemas de radar, e em radioastronomia. Telescópio SEST, de 15 m, localizado no Observatório Europeu do Sul (ESO), no Chile, Imagem rádio de uma galáxia activa (Cisne A). Os lóbulos escuros resultam da propagação de jactos de electrões emitidos pelo núcleo da galáxia. A imagem óptica da galáxia cabe no ponto brilhante no centro da imagem! Free Template from 23

24 Utilizações das radiações electromagnéticas RADIAÇÕES INFRAVERMELHAS: São as radiações de maior efeito térmico, são usadas nos painéis solares, nos fornos tradicionais, em cartografia (fotografias de IV), em termografia (técnica de diagnóstico de doenças circulatórias), em telecomandos de diversos aparelhos Free Template from 24

25 Utilizações das radiações electromagnéticas RADIAÇÕES ULTRAVIOLETAS São Radiações mais energéticas que as visíveis sendo grande parte absorvidas pela camada de ozona da atmosfera terrestre. Provocam reacções químicas nas células vivas e provocam o bronzeamento da pele se forem absorvidas com moderação ou queimaduras e doenças de pele se em demasia. São usadas como desinfectante no tratamento de águas e nalguns lasers. Free Template from 25

26 Utilizações das radiações electromagnéticas RADIAÇÕES GAMA: Altamente energéticas, são muito penetrantes, podem atravessar paredes de betão ou chumbo com cerca de 20 cm. São capazes de destruir células vivas e por, isso, são muito perigosas. São usados os radioisótopos em gamagrafia, visualização de possíveis anomalias, destruição de células tumorais, esterilização de seringas, prótese, instrumentos cirúrgicos Free Template from 26

27 Utilizações das radiações electromagnéticas RAIOS X: Radiações bastante energéticas que atravessam facilmente a matéria. Impressionam placas fotográficas e provocam a fluorescência de algumas substâncias. São muito usadas na Medicina, em radiografia, TACs e radioscopia. Free Template from 27

28 Relação entre as radiações emitidas pelas estrelas, sua composição e temperatura superficial Uma análise espectral detalhada da luz solar (e de outras estrelas) revela a existência de riscas escuras sobrepostas ao seu espectro contínuo, como num espectro de absorção. Essas riscas correspondem à ausência de radiações de energia bem determinada. Os espectros das estrelas são, simultaneamente espectros de emissão contínuos (espectros térmicos) e espectros de absorção de riscas. Free Template from 28

29 Relação entre as radiações emitidas pelas estrelas, sua composição e temperatura superficial As riscas negras resultam da absorção de radiação por elementos presentes na parte mais externa do Sol. (Riscas de Fraunhofer) Ao comparar as riscas dos espectros das estrelas com as riscas de espectros de diferentes elementos (espectros obtidos em laboratório), constata-se que algumas delas coincidem, permitindo-nos determinar quais os elementos químicos presentes numa dada estrela. Free Template from 29

30 Relação entre as radiações emitidas pelas estrelas, sua composição e temperatura superficial Quanto maior for a quantidade de átomos ou iões de um dado elemento existente na atmosfera da estrela, maior é o número de radiações absorvidas de determinada energia, logo, as riscas serão mais largas. Se uma dada estrela emite luz com esta composição: certamente que contém...?... hidrogénio l Free Template from 30 Espectro de emissão do H l

31 Free Template from 31 Relação entre as radiações emitidas pelas estrelas, sua composição e temperatura superficial As riscas de Fraunhofer também nos indicam a temperatura à superfície da estrela já que algumas partículas só se formam se a temperatura assim o permitir. Assim, a presença dessas partículas indica-nos a temperatura da atmosfera da estrela.

32 Relação entre as radiações emitidas pelas estrelas, sua composição e temperatura superficial Comparando os espectro de um dado elemento na Terra com o espectro desse elemento na luz proveniente das estrelas verifica-se que a posição de todas as riscas no espectro estrelar está um pouco desviada no sentido do vermelho, ou seja, no sentido das radiações de maior comprimento de onda. Espectro do elemento na Terra: Espectro do elemento na estrela: Red shift Este efeito é uma consequência da estrela se estar a afastar, ou seja, da expansão do Universo. l Free Template from 32

33 Efeito fotoeléctrico Hertz, em 1887 reparou que ao iluminar um bloco de zinco com luz, este ficava electrizado. Descobriu o efeito fotoeléctrico que foi, posteriormente interpretado por Einstein. Efeito fotoeléctrico: consiste na emissão de electrões, especialmente por metais, sob a acçãoda luz (radiação). Free Template from 33

34 Efeito fotoeléctrico Os electrões de um átomo estão ligados ao núcleo por uma força de atracção, no entanto, é possível extrai-los se for fornecida uma quantidade de energia suficiente ao átomo. A energia mínima necessária para extrair um dado electrão de um átomo de um material chama-se energia de remoção. Ao electrão mais exterior do átomo corresponde a menor energia de remoção energia de ionização. Free Template from 34

35 Efeito fotoeléctrico Se a energia da radiação incidente for superior à energia mínima de remoção, o electrão é extraído com uma certa energia cinética (energia em excesso); Se a energia da radiação incidente for igual à energia mínima de remoção, o electrão sai sem energia cinética; Se a energia da radiação incidente for inferior a essa energia mínima de remoção, não ocorre efeito fotoeléctrico. Free Template from 35

36 Efeito fotoeléctrico Einstein considerou a luz como sendo um feixe de fotões, cada fotão cgoca com um electrão do átomo e, se tiver energia suficiente, arranca esse electrão. Energia de um fotão: caracteriza-se pela frequência ( ) ou pelo comprimento de onda (l) (maior frequência e menor comprimento de onda, maior a energia do fotão). h constante de Planck h = 6,6 x Js c velocidade da luz no vazio c = 3,0 x 10 8 ms -1 Free Template from 36

37 Efeito fotoeléctrico A intensidade de um feixe de fotões corresponde aonúmero de fotões do feixe: O número de electrões extraídos por efeito fotoeléctrico depende do número de fotões do feixe, ouseja, da intensidade da radiação. A energia cinética do electrão extraído por efeito fotoeléctrico depende da energia de cada fotão, ouseja, da frequência da radiação. Free Template from 37

38 Raios de luz Free Template from 38 Aplicações do Efeito fotoeléctrico Célula fotoeléctrica (portas automáticas, controlo das portas dos elevadores, alarmes ) Fotocátodo (-) Electrões (-) Ânodo Medidor Célula fotoeléctrica

39 Aplicações do Efeito fotoeléctrico O principal componente de uma célula é um cátodo fotossensível (pólo negativo) que ejecta electrões quando sobre ele incide radiação de energia suficiente; os electrões movem-se para o ânodo (pólo positivo) e originam uma corrente eléctrica num circuito fechado. Este processo pode servir de interruptor num sistema eléctrico: uma porta automática, que funciona na base do efeito fotoeléctrico, abre quando se interrompe o circuito por interposição de um objecto. Estas células estão na base de muitos equipamentos electrónicos do nosso dia-a-dia, desde a câmara de vídeo às máquinas de calcular sem bateria, aos detectores de fumos e de movimentos. Free Template from 39

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