Aula 9 A Difração Física 4 Ref. Halliday Volume4
Sumário Difração de fenda única circular A difração de Raios-X
Relembrando... Uma única fenda com Largura Finita A figura de difração de fenda simples com larguras finitas é dada por:
Relembrando... Duas Fendas com Larguras Finitas A figura da Intensidade de fenda dupla com larguras finitas é dada por:
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 http://kelifisica.com.br/videos-relacionados-asaulas-de-fisica/)
Difração de Fenda Única Circular Difração formada por uma abertura circular
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!!!
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.
Difração de Fenda Circular Poder de Resolução Fenda circular
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!
Separação angular R (análise tridimensional). https://sites.ualberta.ca/~pogosyan/teaching/phys_130/fall_2010/lectures/lect37/lecture37.html
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.
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 10-10 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. https://www.portalsaofrancisco.com.br/fisica/raio-x
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 10-10 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.
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.
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!
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;
Difração de Raios-X Rede Cristalina Ex.: Cloreto de Sódio
Difração de Raios-X Rede Cristalina Ex.: Cloreto de Sódio
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
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 http://revistapesquisa.fapesp.br/2014/04/24/materia-desvendada/
Difração de Raios-X - Grandes descobertas seguintes. análise da estrutura cristalina de novos materiais... Manganês
Difração de Raios-X - Grandes descobertas seguintes. análise da estrutura cristalina de novos materiais...
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.
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?
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!
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.
Outras aplicações... Borboleta Morpho
Importante... Geração de ondas eletromagnéticas a partir de um circuito LC (ou RLC) AC
Extra... Geração de ondas eletromagnéticas em nível atômico nós estudaremos mais a frente. (exemplos...) https://pt.khanacademy.org/science/chemistry/electronic-structure-of-atoms/bohr-modelhydrogen/a/spectroscopy-interaction-of-light-and-matter
That s it!