Aula 9 A Difração. Física 4 Ref. Halliday Volume4. Profa. Keli F. Seidel

Transcrição

1 Aula 9 A Difração Física 4 Ref. Halliday Volume4

2 Sumário Difração de fenda única circular A difração de Raios-X

3 Relembrando... Uma única fenda com Largura Finita A figura de difração de fenda simples com larguras finitas é dada por:

4 Relembrando... Duas Fendas com Larguras Finitas A figura da Intensidade de fenda dupla com larguras finitas é dada por:

5 Difração de Fenda Única Circular Difração formada por uma abertura circular É interessante porque esse fenômeno desempenha um papel muito importante no estudo do limite de resolução de instrumentos de ótica!!! A capacidade de sistemas óticos de distinguir entre corpos com pouca distância entre si é limitada por causa da natureza ondulatória da luz; A figura de difração formada por uma abertura circular é constituída por um disco brilhante circundado por anéis claros e escuros VER FIGURA (ou vídeo

6 Difração de Fenda Única Circular Difração formada por uma abertura circular

7 Difração de Fenda Única Circular Difração formada por uma abertura circular R [rad] é o ângulo (de Rayleigh) entre o centro da figura e o primeiro mínimo e D é o diâmetro; Primeiro mínimo - abertura circular Onde D é o diâmetro da abertura; Onde a é a largura da fenda; A diferença do fator 1,22 vem por causa da forma circular da abertura!!!

8 Difração de Fenda Circular Poder de Resolução Fenda circular O limite de resolução nos fornece a separação mínima entre dois objetos para que eles possam ser distinguíveis em um instrumento óptico.

9 Difração de Fenda Circular Poder de Resolução Fenda circular

10 Difração de Fenda Única Circular Poder de Resolução (ou Limite de resolução) R [rad] é o ângulo entre o centro da figura e o primeiro mínimo e D é o diâmetro; Primeiro mínimo - abertura circular * O critério de Rayleigh define a separação mínima entre dois objetos para que eles possam ser distinguíveis em um instrumento ótico e define, portanto, o limite de resolução!

11 Separação angular R (análise tridimensional).

12 Exercícios I) Resolução do olho - Uma luz de comprimento de 500 nm, próxima ao centro do espectro visível, entra no olho humano. Embora o diâmetro da pupila varie de pessoa, vamos estimar que um diâmetro diurno seja de 2 mm. a) Estime o ângulo de resolução limitante para estes olhos, supondo que sua resolução seja limitada apenas pela difração. b) Determine a distância de separação mínima d entre as duas fontes pontuais que o olho pode distinguir se as fontes pontuais estiverem a uma distância L=25 cm do observador.

13 Difração de Raios-X Os raios-x foram descobertos em 1895 por Wilhelm Röntgen; Raio-X é uma onda eletromagnética com comprimento de onda na ordem de m (Angstrons ou 0,1 nm); Wilhelm Conrad Roentgen notou cristais perto de um tubo de raios catódicos de alta tensão que emitiam um brilho fluorescente, mesmo quando ele protegeu-os com papel escuro, alguma forma de energia estava a ser produzida pelo tubo, e foi penetrando o papel e fazendo com que os cristais brilhassem.

14 Difração de Raios-X Os raios-x foram descobertos em 1895 por Wilhelm Röntgen; Raio-X é uma onda eletromagnética com comprimento de onda na ordem de m (Angstrons ou 0,1 nm); - Após a descoberta dos raios-x, Röntgen recebeu o título de Doutor Honorário em Medicina, da Universidade de Würzburg. - Devido à sua descoberta, Röntgen foi laureado com o primeiro Nobel de Física, em 1901.

15 Difração de Raios-X Os raios-x Como são gerados? Curiosidade: é inadmissível na linguagem científica formal, como publicações médicas, discursos em congressos, aulas no âmbito universitário, o uso de raio X como sinônimo de radiografia.

16 Difração de Raios-X Os raios-x Como estudar as propriedades destes raios??? Para comprimentos de onda tão pequenos, uma rede de difração óptica comum não pode ser utilizada; Por exemplo: Se =0,10 nm e d=3000 nm, o máximo de primeira ordem ocorre em =0,0019º. Muito próximo do máximo central para que possa ser distinguido na prática!

17 Difração de Raios-X Em 1912, o físico Max von Laue imaginou que um sólido cristalino (composto com um arranjo regular de átomos), pudesse ser usado como uma rede de difração tridimensional natural para os raios-x; O processo de difração de raios-x por um cristal é complicado, mas de maneira geral as ondas se espalham e sofrem interferência resultando em máximos e mínimos de interferência Os máximos de intensidade aparecem em certas direções que podem ser identificadas como se os raios-x incidentes fossem refletidos por uma família de planos refletores paralelos (planos cristalinos) do cristal;

18 Difração de Raios-X Rede Cristalina Ex.: Cloreto de Sódio

19 Difração de Raios-X Rede Cristalina Ex.: Cloreto de Sódio

20 Difração de Raios-X Planos Cristalinos A diferença de percurso entre os dois feixes, considerando a incidência perpendicular do feixe ao plano cristalino, é: Lei de Bragg

21 Difração de Raios-X - Grandes descobertas seguintes. Química (e biofísica) britânica Rosalind Franklin é mais conhecido por seu papel na descoberta da estrutura do DNA, e por seu uso pioneiro de difração de raios-x (1953). Estudos estes que mais tarde contribuiria amplamente à síntese da teoria da dupla hélice do DNA. Morreu em 1958 aos 37 anos, devido a um câncer de ovário. Mais informações

22 Difração de Raios-X - Grandes descobertas seguintes. análise da estrutura cristalina de novos materiais... Manganês

23 Difração de Raios-X - Grandes descobertas seguintes. análise da estrutura cristalina de novos materiais...

24 Difração de Raios-X Lembre-se, raios-x é um tipo de radiação ionizantes! São capazes de arrancar elétrons dos átomos; São capazes de danificar nosso DNA. Qual é a consequência disso?... Mas a frente veremos que isso é devido à frequência alta desta onda eletromagnética. Ondas eletromagnéticas com alta frequência possuem alta energia.

25 Outras aplicações... Outras aplicações que envolvem fenômenos de difração *Difração num CD, DVD e Blu-ray Quais são as diferenças (e similaridades) entre estas tecnologias?

26 Outras aplicações... Outras aplicações que envolvem fenômenos de difração: *Difração num CD, DVD e Blu-ray (ou seria, uma rede de reflexão!) -O disco Blu-Ray faz uso de um laser de cor azul-violeta, cujo comprimento de onda é ~400 nm, permitindo gravar mais informação num disco do mesmo tamanho usado por tecnologias anteriores. Infravermelho usado pelo CD (780 nm) e o DVD usa um laser de cor vermelha de 650 nm. -Como a largura da fenda não pode ser menor do que o comprimento de onda da luz incidente, nota-se que no caso do Blu-ray é possível ter maior número de ranhuras num mesmo tamanho físico de disco...consequentemente terá mais informações armazenadas!

27 Outras aplicações... -O disco Blu-Ray faz uso de um laser de cor azul-violeta, cujo comprimento de onda é ~400 nm, permitindo gravar mais informação num disco do mesmo tamanho usado por tecnologias anteriores. Infravermelho usado pelo CD (780 nm) e o DVD usa um laser de cor vermelha de 650 nm.

28 Outras aplicações... Borboleta Morpho

29 Importante... Geração de ondas eletromagnéticas a partir de um circuito LC (ou RLC) AC

30 Extra... Geração de ondas eletromagnéticas em nível atômico nós estudaremos mais a frente. (exemplos...)

31 That s it!

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