1.2. Espectros, radiaes e energia

O Espectro ElectromagnticoA luz branca, p. ex., a luz do Sol, ao incidir sobre determinados objectos transparentes, decompe-se num conjunto de cores monocromticas. Em 1672, Isaac Newton estudou este fenmeno, concluindo que a luz branca constituda por radiaes mais simples -

o espectro visvel da luz branca

O Espectro ElectromagnticoNo ar ou vazio as radiaes que constituem a luz branca propagam-se mesma velocidade (300 000 km/s) no se conseguindo distinguir umas das outras. Ao atravessar um objecto transparente as radiaes visveis separam-se umas das outras. A radiao violeta a que sofre maior desvio e a mais energtica, a radiao vermelha menos desviada e a menos energtica.

O Espectro ElectromagnticoAlm das radiaes visveis existem muitas outras radiaes. O Sol liberta para o espao grande quantidade de energia electromagntica (radiao electromagntica), que atinge a superfcie da Terra principalmente sob trs formas: 42% de radiao visvel (luz visvel) 55% de radiao infravermelha (grande poder calorfico) 3% de radiao ultravioleta (muito energtica) O conjunto de todas estas radiaes constitui o espectro electromagntico

O Espectro Electromagntico

O Espectro ElectromagnticoUm dos efeitos mais conhecido das radiaes electromagnticas o efeito trmico. Qualquer corpo exposto luz aquece. Todas as radiaes visveis fazem aumentar a temperatura de um termmetro, principalmente as radiaes vermelhas. Fora do espectro visvel as radiaes infravermelhas so as de maior efeito trmico.

Aplicaes das radiaes electromagnticasSo as menos energticas de todo o espectro electromagntico. So utilizadas, principalmente, em telecomunicaes e radiodifuso. Mas as ondas de rdio tambm so emitidas por outras coisas... como por estrelas e gases no Espao.

Ondas de rdio

natural que no se consiga danar ao som do que eles emitem, mas podem ser usadas para aprender como l aparecem e qual a sua composio.

Aplicaes das radiaes electromagnticasSo do tipo das ondas de rdio mas mais energticas. Tm elevado poder trmico porque aquecem facilmente os materiais em que incidem, por isso so aplicadas em fornos microondas. So ainda usadas em sistemas de radar e radiotelescpios, permitindo que os astrnomos detectem e analisem microondas de origem csmica, recolhendo informaes sobre estrelas, estrutura da nossa galxia e outros.

Microondas

Aplicaes das radiaes electromagnticasSo as radiaes de maior efeito trmico, que associamos ao calor porque fazem sentir a pele quente. So usadas nos painis solares, fornos tradicionais, cartografia (que utiliza as fotografias de infravermelhos da superfcie da Terra), em telecomandos de TV e outras pequenas aparelhagens. No Espao, as emisses de IV permitem localizar a poeira entre as estrelas.

Radiaes infravermelhas IV

Aplicaes das radiaes electromagnticasSo as que os nossos olhos vem. A radiao visvel emitida ou reemitida a partir de todas as coisas, desde os pirilampos s lmpadas e s estrelas... Elas do cor e mostram as formas e dimenses dos objectos. Com estas radiaes produzem-se lasers, feixes de radiaes monocromticos muito intensos. Consoante a energia da radiao usada no laser, assim o feixe pode ser utilizado para cortar diferentes materiais, esterilizar ou como bisturi.

Radiaes visveis

Aplicaes das radiaes electromagnticasSo mais energticas do que as visveis. So emitidas pelo Sol e por outras estrelas e so absorvidas, em grande parte pela camada de ozono na atmosfera terrestre.Se absorvidas com moderao permitem a assimilao do clcio e a formao da vitamina D, bem como o bronzeamento da pele. Caso contrrio, podem originar queimaduras graves e doenas de pele. Tambm podem ser utilizadas em alguns lasers.

Radiaes ultravioletas UV

Aplicaes das radiaes electromagnticasSo bastante energticas e atravessam facilmente a matria. Impressionam placas fotogrficas e provocam a fluorescncia de algumas substncias. So largamente usadas em Medicina, em radiografia, TACs (tomografia axial computorizada) e em radioscopia.

Raios-X

Aplicaes das radiaes electromagnticasPor serem to energticas destroem as clulas vivas e atravessam qualquer material (muro de beto ou parede de chumbo). Os materiais radioactivos (alguns naturais, outros fabricados pelo Homem nas centrais nucleares) emitem raios gama. Os aceleradores de partculas, que ajudam o cientista a perceber a constituio da matria, tambm podem provocar a sua emisso. Mas, de longe, a maior fonte de raios gama o Universo! Na indstria os raios gama so utilizadas na deteco de anomalias em peas e na medicina na destruio de clulas tumorais, na radioesterilizao de seringas e instrumentos cirrgicos.

Radiao

Espectros contnuos de emissoO Espectro da luz solar um espectro contnuo de emisso, porque as radiaes que o compem so emitidas pela camada superficial do Sol e contnuo por apresentar um conjunto ininterrupto de cores.

Espectro de emisso do Sol

Espectros contnuos de emissoTodos os corpos, incandescentes ou no, emitem radiaes que originam um espectro de emisso contnuo. Estas radiaes conferem-lhes cor, que depende da temperatura a que eles se encontram. Quanto maior a temperatura do corpo, mais energticas so as radiaes emitidas e diferente ser o seu espectro trmico, ou espectro contnuo de emisso. Ex.: Como a temperatura do corpo humano inferior de um corpo incandescente, as radiaes emitidas so bem menos energticas, originando um espectro, no visvel, na banda dos infravermelhos.

Espectros contnuos de emisso

O espectro trmico (ou espectro contnuo de emisso) de uma estrela d-nos uma ideia da temperatura da sua superfcie. O espectroscpio (aparelho consitudo por um prisma ptico) permite obter esses espectros.

Espectros contnuos de emissoAs estrelas com espectros onde predominam as radiaes violetas e azuis so as estrelas mais quentes (com tempertauras 40 000K). So as estrelas de cor branco-azulado ou esbranquiadas.As estrelas avermelhadas apresentam espectros com predominncia das radiaes vermelhas, as radiaes visveis menos energticas. So as estrelas mais frias (temperaturas 3500K) O nosso Sol uma estrela amarela cujo espectro apresenta mais brilhante a zona das radiaes verdes e amarelas (temperatura 6 000K)

Espectros de emisso de riscasEstes espectros so emitidos pelos tomos de substncias elementares, no estado gasoso e a presso reduzida, quando sujeitos a descargas elctricas. Os tomos, assim excitados, emitem de imediato o excesso de energia sob a forma de radiao.Ao espectroscpio observam-se espectros de emisso descontnuos, isto , formados por um conjunto de riscas ou bandas coloridas sobre um fundo negro - espectros de emisso de riscas.

Espectros de emisso de riscasCada elemento apresenta um espectro de emisso caracterstico, no h elementos diferentes com espectros iguais. O espectro assim um BI ou impresso digital dos elementos.

Espectros de absoro de riscasQuando os tomos de um elemento se interpem no caminho da luz branca, absorvem algumas radiaes. No espectro da luz branca vo faltar essas radiaes absorvidas, ficando no seu lugar riscas pretas - obtm-se assim um espectro de absoro de riscas.

Espectros de absoro de riscas

Espectros de riscasO espectro de absoro de um elemento o negativo do seu espectro de emisso. Os espectros de absoro e de emisso so semelhantes, isto , emisso riscas brilhantes num fundo escuro

absoro riscas escuras num fundo brilhante

Espectros de riscas Cada elemento tem um nico espectro de emisso e um nico espectro de absoro, que so diferentes dos outros elementos; Esse espectro sempre o mesmo, quer a anlise seja feita a partir da substncia elementar quer do respectivo composto; O espectro de riscas de um dado elemento, de emisso ou de absoro, caracterstico desse elemento.

Espectros de riscasUma anlise espectroscpica da luz solar, e da luz de outras estrelas, revela a existncia de riscas escuras sobrepostas ao espectro contnuo. O astrnomo alemo Joseph von Fraunhofer em 1814 observou-as pela primeira vez, pelo que so designadas por riscas de Fraunhofer.

Quando as radiaes emitidas pela fotosfera (camada superficial da estrela) atravessam a atmosfera da estrela, a cromosfera, algumas delas so absorvidas pelos tomos e ies a existentes. Comparando essas riscas com as dos espectros de diferentes elementos obtidos em laboratrio conseguem-se identificar quais os elementos qumicos que existem numa estrela.

Espectros de riscasComparando o espectro de absoro de riscas A de uma estrela com o espectro de absoro de riscas B do Hidrognio, constata-se a presena deste elemento nessa estrela.

Espectros de riscasQuanto maior for a quantidade de tomos de um dado elemento existentes na atmosfera da estrela, maior o nmero de radiaes absorvidas de determinada energia. No espectro de absoro da estrela, a correspondente risca negra ser a mais larga (mais intensa) identificam-se os elementos mais abundantes na estrela. Determinadas partculas s se formam na atmosfera da estrela se a temperatura desta o permitir a presena de determinados elementos indica a temperatura da atmosfera da estrela.

O efeito fotoelctricoO efeito fotoelctrico consiste na emisso de electres, especialmente pelos metais, sob a aco da luz (radiao) Os electres de um tomo esto ligados ao ncleo por uma fora de atraco, mas podem ser extrados se for fornecida uma quantidade de energia suficiente ao tomo.

O efeito fotoelctricoEnergia de remoo energia mnima necessria para extrair um electro de um tomo e exprime-se em joule por cada electro removido (J/e) no SI. Ao electro mais exterior do tomo corresponde a menor energia de remoo Energia de ionizaoPara cada metal h uma energia mnima de remoo para que haja efeito fotoelctrico.

O efeito fotoelctrico energia da radiao incidente energia de remoo o electro extrado com energia cintica (energia em excesso) energia da radiao incidente energia de remoo o electro sai sem energia cintica (Ecin = 0J) energia da radiao incidente energia de remoo no ocorre efeito fotoelctrico

Eradiao = Eremoo + Ecintica do electro

O efeito fotoelctricoO nmero de electres extrados por efeito fotoelctrico depende do nmero de fotes do feixe, isto , da intensidade da radiao. A energia cintica do electro extrado por efeito fotoelctrico depende da energia de cada foto, isto , da frequncia da radiao. Aplicaes do efeito fotoelctrico: A clula fotoelctrica uma das aplicaes deste efeito e utilizada nas portas automticas, no controlo das portas dos elevadores, nos alarmes, etc.