ACTIVIDADE PRÁCTICA DE SALA DE AULA FÍSICA 10.º ANO TURMA A Simulação do Espectro Contínuo emitido por um Corpo Negro Zoom escala do eixo das ordenadas 1ª PARTE Cor do corpo Definir temperatura do corpo Termómetro Ferramenta régua Figura 1 Espectro contínuo de um corpo negro Zoom escala do eixo das abcissas 1. Antes de começares a trabalhar com o simulador observa a figura anterior: 1.1 Analisa as grandezas físicas, e as respectivas unidades, representadas no eixo das ordenadas e no eixo das abcissas. 1.1.1 Qual é a grandeza física que está representada no eixo das ordenadas? Intensidade da radiação emitida pelo corpo por unidade de comprimento de onda 1.1.2 Qual é a grandeza física que está representada no eixo das abcissas? Qual é a unidade em que se exprime no SI? Comprimento de onda. Metro 1.1.3 Em que unidades é que expressa a temperatura na escala de temperatura com que o simulador trabalha? Kelvin 1
1.2 Qual é o comprimento de onda da radiação menos energética da gama do visível, em unidades SI? E qual é a sua cor? 0,70m Vermelho 0,70 10 0,70 10 0,70 10 7,0 10 1.3 Qual é o comprimento de onda da radiação mais energética da gama do visível, em unidades SI? E qual é a sua cor? 0,40 m Violeta 0,40 10 0,40 10 0,40 10 4,0 10 1.4 Qual é a temperatura à superfície do corpo negro cujo espectro se encontra na figura? Qual é a cor do corpo negro? 4800 K Branco amarelado 1.5 Qual é o valor do comprimento de onda em que é máxima a intensidade irradiada por o corpo cujo espectro se encontra na figura, a essa temperatura? 0,60 m 2ª PARTE Agora que já conheces um pouco melhor o simulador, vamos então utilizá lo para simular o espectro contínuo emitido por um corpo a uma dada temperatura. Atenção: Sempre que necessário utiliza os comandos que permitem para aumentar e diminuir as escalas dos eixos Simulador disponível em: http://phet.colorado.edu/en/simulation/blackbody spectrum 1. Move o cursor da temperatura até que o termómetro a marque a temperatura do Sol. 1.1 Qual é a temperatura à superfície do Sol (segundo este simulador)? 5745 K 1.2 Admitindo que o Sol se comporta como um corpo negro, identifica a zona do espectro em que é máxima a intensidade irradiada pelo Sol. Verde 1.3 Indica a cor do Sol (segundo este simulador). Branco 2. Considera que a temperatura da estrela Sirius é 9200 K. 2
2.1 Admitindo que a estrela Sirius se comporta como um corpo negro, identifica a zona do espectro em que é máxima a intensidade irradiada pela estrela Sirius. Consulta o espectro 0,32 m Ultravioleta 0,32 1000 2.2 Identifica a cor da estrela Sirius. Azul 0,32 1000 3,2 10 3. Considera que a temperatura da estrela Antares é 3500 K. 3.1 Admitindo que a estrela Antares se comporta como um corpo negro, identifica a zona do espectro em que é máxima a intensidade irradiada pela estrela Antares. Consulta o espectro 0,83 m 0,83 1000 3.2 Identifica a cor da estrela Antares. Laranja 0,83 1000 8,3 10 4. Move o cursor da temperatura até que o termómetro marque a temperatura da superfície da Terra. 4.1 Admitindo que o Terra se comporta como um corpo negro, identifica a zona do espectro em que é máxima a intensidade irradiada pela Terra. Consulta o espectro electromagnético na pág. 45 do manual. 9,5 m 9,5 9,5 1000 9,5 10 1000 4.2 A Terra é visível para os humanos devido à sua emissão de radiação? Não, porque os sensores existentes nos olhos humanos não são sensíveis à gama da radiação emitida pela terra Não, porque a terra não emite radiação na gama do visível 4.3 Explica então como é que é possível ver do espaço a face diurna Terra, não considerando as fontes de radiação electromagnética como os vulcões e a iluminação artificial. Por reflexão da radiação electromagnética solar incidente na Terra na gama do visível 3
5. Considera que a temperatura do filamento de uma lâmpada incandescente é de 2700 K. 5.1 Admitindo que o filamento se comporta como um corpo negro, identifica a zona do espectro em que é máxima a intensidade irradiada pelo filamento da lâmpada. Consulta o espectro 1,08 m 1000 1,08 1,08 1000 1,08 10 5.2 Explica, com base no espectro emitido pela referida lâmpada, porque é que a lâmpadas incandescentes são energeticamente pouco eficientes. A intensidade total de radiação emitida na gama do visível (área abaixo da curva na gama do visível) é muito menor do que a intensidade total de radiação emitida na gama do IV, logo a energia útil disponibilizada pela lâmpada é muito menor do que a energia dissipada pela lâmpada a lâmpada incandescente é energeticamente pouco eficiente. 6. Coloca o cursor na temperatura máxima. Diminui a temperatura do corpo. 6.1 Descreve as alterações na cor do corpo. Azul; Branco; Amarelo; Laranja; Vermelho 6.2 Descreve as alterações na curva do espectro. Diminui o máximo e diminui a área abaixo da curva 6.3 Como é que varia o comprimento de onda em que é máxima a intensidade irradiada pelo corpo. Aumenta 7. Aumenta a temperatura do corpo. 7.1 Descreve as alterações na cor do corpo. Vermelho; Laranja; Amarelo; Branco; Azul 7.2 Descreve as alterações na curva do espectro. Aumenta o máximo e aumenta a área abaixo da curva 7.3 Como é que varia o comprimento de onda em que é máxima a intensidade irradiada pelo corpo. Diminui 8. Utiliza o simulador para preencher a Tabela 1, identificando para os valores de temperatura indicados, quais são os respectivos comprimentos de onda em que é máxima a intensidade irradiada pelo corpo. Atenção: Selecciona a ferramenta régua (para te ajudar a realizar as leituras no gráfico) e sempre que necessário utiliza os comandos para aumentar e diminuir a escala do eixo das ordenadas 4
Temperatura (K) 9600 3,0 x 10 7 7250 4,0 x 10 7 4800 6,0 x 10 7 3400 8,5 x 10 7 Comprimento de onda (m) Tabela 1 Temperatura do corpo e respectivo comprimento de onda da intensidade máxima irradiada pelo corpo 8.1 Como é que varia a energia da radiação emitida de maior intensidade com a temperatura do corpo? Aumenta 8.2 Qual é a relação entre a temperatura absoluta do corpo e o comprimento de onda em que é máxima a intensidade irradiada por o corpo (directamente proporcionais ou inversamente proporcionais)? E qual é o valor da respectiva constante de proporcionalidade? Inversamente proporcionais 2,9 X 10 3 K m 5