Roteiro do Experimento Radiação de Corpo Negro

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1 CN Página 1 de 7 INSTRUÇÕES GERAIS: Universidade Estadual Paulista Julio de Mesquita Filho Departamento de Física Laboratório de Física Moderna Roteiro do Experimento Radiação de Corpo Negro 1. Confira se encontra-se sobre a bancada todo o material que você irá utilizar durante o experimento. 2. Neste e em outros equipamentos que fazem uso de elementos ópticos (lentes, espelhos, prismas, redes difração, etc.), tome cuidado para não colocar a mão diretamente sobre as superfícies ópticas. 3. Esteja sempre atento às limitações do equipamento. 4. Atente também as altas voltagens e lâmpadas incandescentes que podem causar ferimentos. 5. Leia atentamente e completamente cada item antes de começar a executar o que nele é pedido. 6. Ao terminar o experimento, verifique se todos os equipamentos estão desligados antes de abandonar a bancada. O GRUPO DEVE TRAZER PARA REALIZAR ESTE EXPERIMENTO: - Seu caderno de laboratório - 1 diskete FORMATADO EQUIPAMENTO A SER UTILIZADO: 1 Espectrofotômetro a prisma contendo: 1 lâmpada de bulbo; 1 aparato dom fendas colimadoras; 1 lente focalizadora; 1 prisma; 1 lente colimadora; 1 máscara com fendas; 1 sensor de luz de largo espectro. 1 amplificador de potência; 1 interface USB ScienceWorkshop; 1 sensor de temperatura; cabos de ligação;

2 CN Página 2 de 7 MONTAGEM EXPERIMENTAL: Figura 1 Montagem completa. 1. O espectrofotômetro deve estar montado como na Figura 1. Aterre o equipamento. O sensor de luz a ser usado neste experimento deve ser o sensor de luz de largo espectro (Broad Spectrum Light Sensor). 2. Confira se o prisma está orientado como mostrado na Figura 2 com a face paralela voltada para o sensor. 3. A lente colimadora deve estar afastada 10 cm da fenda colimadora. Figura 2 Orientação do prisma. 4. Conecte a lâmpada ao amplificador de potência. 5. Conecte o amplificador de potência ao canal C da interface USB que deve estar conectada ao computador. 6. Conecte o sensor de luz ao canal A da interface. Conecte o sensor de movimento rotativo aos canais 1 e 2 da interface. 7. Conecte o sensor de tensão ao canal B da interface USB e em paralelo com os conectores da lâmpada. 8. Inicie o programa DataStudio abrindo o arquivo "Corpo Negro" que se encontra na pasta Desktop/Laboratório de Física Moderna.

3 CN Página 3 de 7 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL: 1. Ajuste a fenda colimadora para #4. Ajuste a fenda do sensor de luz para #4. 2. No DataStudio, encontre a janela Gerador de Sinais e mude a tensão CC para 10 V DC. CUIDADO: Se 10 Volts e aplicado à luz de corpo negro por um longo tempo a vida útil do bulbo será reduzida. Apenas ligue a lâmpada através do botão Lig(o) quando estiver coletando dados. 3. Olhe para a luz que sai da fonte de luz de corpo negro e observe sua cor. 4. Gire o braço do sensor e procure pelo espectro difratado no anteparo de fendas do sensor de luz. Todas as cores do espectro, do vermelho ao violeta, estão presentes? 5. Reposicione a lente focalizadora de modo a obter uma imagem mais nítida possível do espectro no anteparo. Figura 3 Espectro no anteparo de fendas do sensor de luz 6. Rode o braço do sensor no sentido anti-horário ate o final. Esta será a posição inicial para todas as varreduras. 6. Ajuste o ganho do sensor de luz para x100 e pressione o botão tare. Pressione o botão Iniciar no DataStudio e mova vagarosamente o braço no sentido horário. 7. Ao iniciar a varredura, verifique se o ângulo cresce positivamente. Caso positivo continue a varredura vagarosamente. Caso contrario pare a coleta dos dados acionando o botão Parar no DataStudio, inverta os conectores do sensor de movimento rotativo e reinicie a coleta de dados. Mova vagarosamente o braço varrendo todo o espectro ate zero graus (a posição onde o sensor esta diretamente oposto a fonte de luz). O gráfico de intensidade versus comprimento de onda irá parar por volta de 2500nm porque o vidro dos equipamentos ópticos do espectrômetro não transmite comprimentos de onda maiores do que 2500 nm. 8. Existe um pico no gráfico de intensidade versus ângulo quando o sensor está alinhado com a fonte de luz porque alguma luz passa direto por cima do prisma. Este pico permite a determinação exata do ângulo inicial. Use o cursor Smart (botão xy) no painel do gráfico para determinar este ângulo. Pressione o botão Calcular no DataStudio e introduza este ângulo na variável "Init". 9. Repita os passo de 2 a 8 para as voltagens 7 V e 4 V. Para estas medidas, não é necessário varrer todas as posições ate o centro como anteriormente porque o ângulo já foi determinado. Varra somente a região sensível.

4 CN Página 4 de 7 ANÁLISE DOS DADOS O arquivo Corpo Negro carrega, executa no programa DataStudio os cálculos e gera os gráficos necessários para a análise do experimento. A temperatura em função da corrente, tensão e resistência do filamento do bulbo é calculada e são gerados os gráficos intensidade versus ângulo, temperatura versus ângulo e intensidade versus comprimento de onda. 1. Faça um esboço dos gráficos obtidos. 2. Anote o valor da corrente e tensão no filamento e da temperatura calculada em cada um dos experimentos realizados. 3. Acione o botão Calcular e verifique na janela da calculadora a expressões utilizadas para calcular o comprimento de onda em função do ângulo. 4. Salve a tabela com dados de I versus Posição Angular. (opção Exportar do menu Arquivo). 5. Destes dados obtenha os gráficos que você irá analisar no seu relatório. INCLUA EM SUAS ANÁLISES 1. As expressões utilizadas para calcular a temperatura do filamento e para obter o gráfico de I versus Freqüência do gráfico de I versus Posição Angular. 2. O pico move-se para pequenos ou largos comprimentos de onda quando a temperatura e reduzida? 3. Como intensidade muda quando a temperatura muda? 4. Calcule o comprimento de máxima intensidade para cada temperatura. Os valores calculados correspondem aos valores medidos? 5. Analise seus dados a luz da formula de Planck. Compare a curva teórica com a curva experimental de intensidade versus comprimento de onda. Pode o bulbo ser considerado um corpo negro? 6. Como a cor do bulbo muda com a temperatura? A composição de cores do espectro muda com a temperatura? Considerando os comprimentos de onda de máxima intensidade porque o bulbo é vermelho a baixas temperaturas e branco a altas temperaturas? 7. Qual e o comprimento de onda de intensidade máxima do nosso Sol? Qual e a cor do Sol? Porque? 8. Para altas temperaturas temos mais intensidade (área do gráfico intensidade versus comprimento de onda) na região visível do espectro ou na região do infravermelho do espectro? Como podemos fazer uma lâmpada incandescente mais eficiente emitindo mais luz na região do visível?

5 CN Página 5 de 7 Cor da luz: Espectro difratado: FOLHA DE DADOS EXPERIMENTAIS Init: Esboço do gráfico I x υ (10V) Temp = V = I = R bulbo = Esboço do gráfico I x υ (7V) Temp = V = I = R bulbo = Esboço do gráfico I x υ (4V) Temp = V = I = R bulbo =

6 CN Página 6 de 7 Faça aqui sugestões de alterações no texto da apostila ou no procedimento experimental:

7 CN Página 7 de 7 QUESTÕES QUE DEVEM SER RESPONDIDAS NA APRESENTAÇÃO PRÉVIA 1) Qual é a origem do espectro do Corpo Negro? 2) Como é o espectro do corpo Negro? 3) Quais são os fatores que influenciam o espectro do Corpo Negro? 4) Descreva sucintamente o procedimento experimental a ser adotado. 5) Como são os dados que devem ser obtidos? 6) Quais são as limitações do equipamento a ser usado? 7) Quais cuidados devem ser tomados na realização do experimento?