ESPECTROSCOPIA: 734EE

Transcrição

1 1 Imprimir T E O R I A 1. ESPECTRO CONTÍNUO E CORPO NEGRO Um dos capítulos mais intrigantes da Física é o destinado ao estudo do espectro de um corpo negro. Foi por meio do estudo deste espectro que nasceu a mecânica quântica. O corpo negro apresenta um espectro contínuo e universal dependendo apenas da temperatura. É fácil compreender por que ele apresenta um espectro contínuo e universal, se considerarmos a definição que normalmente atribuímos à cor de um corpo. Quando dizemos que um corpo é vermelho, estamos querendo dizer que este corpo absorve toda a radiação incidente sobre ele, exceto o vermelho. Um corpo branco é aquele que reflete toda radiação incidente, assim como um corpo negro absorve toda radiação incidente sobre ele. Ou seja, é um absorvedor ideal ou ainda um emissor perfeito. Dizemos que o seu coeficiente de emissividade é igual a 1. Um exemplo de corpo negro ideal é uma cavidade ou um buraco; na cavidade não há o que ser refletido, tudo que incide na cavidade é absorvido. Uma analogia interessante que se pode fazer é a toca portátil do coelho Pernalonga. Neste desenho animado, para aqueles que se recordam dele, o astuto coelho, quando se encontra em perigo, lançava ao chão a abertura de sua toca e se abria um buraco através do qual ele desaparecia! Fig. 1: Toca do coelho o buraco ou cavidade é um corpo negro ideal Fonte: Para se construir um corpo negro em laboratório, utiliza-se um forno com uma pequena cavidade. O forno é, então, aquecido e para manter sua temperatura constante, a radiação atravessa a cavidade onde sensores são dispostos para a análise do seu espectro. A radiação fica confinada no interior do forno, sendo refletida pelas paredes, gerando ondas estacionárias.

2 2 Fig. 2: Radiação confinada no interior do forno, sendo refletida pelas paredes, gerando ondas estacionárias. Fonte: A fig. 3 fornece alguns espectros observados para um corpo negro em diferentes temperaturas: Fig.3: Espectros para um corpo negro em diferentes temperaturas Fonte: 2. LEI DE STEFAN BOLTZMANN E LEI DE WIEN A partir da observação espectral, duas leis empíricas foram evidenciadas: 1. Observa se que a área total da curva que corresponde à intensidade total da radiação emitida é proporcional a T 4. Esta é a Lei de Stefan Boltzmann, e mais precisamente, temos que:

3 3 Intensidade total= σt 4 σ=5,67 x 10 8 W/m 2 K 4 2. Observa se que o ponto de intensidade máxima na curva desloca se para comprimentos de ondas menores com o aumento de temperatura. Esta é a Lei de Wien. Temos que: λ max T= m K Nas figuras a seguir, mostramos três temperaturas diferentes para um corpo negro utilizando um simulador, disponível no link: < do corpo negro maisum.html >. Fig. 4: Espectro de um corpo negro para temperatura igual a, aproximadamente, 10500K

4 4 Fig. 5: Espectro de um corpo negro para uma temperatura igual a cerca de 7700K Fig. 6: Espectro de um corpo negro para uma temperatura igual a cerca de 5500K (próxima a temperatura do Sol)

5 5 REFERÊNCIAS CAVALCANTE, M. A.; TAVOLARO, C.R.C Física Moderna Experimental. São Paulo: Editora Manole, Acesso em: 19 out CARVALHO NETO, C. Z. Espaços ciberarquitetônicos e a integração de mídias, por meio de técnicas derivadas de tecnologias dedicadas à educação. Dissertação (Mestrado em Educação Científica e Tecnológica) Programa de Pós Graduação em Educação Científica e Tecnológica da Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis, CARVALHO NETO, C. Z.; MELO, M. T. E agora, professor? Por uma pedagogia vivencial. São Paulo: Instituto para a Formação Continuada em educação (IFCE), 2004.