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FCM 0412 Física B para Engenharia Ambiental
Espectro Eletromagnético
Prof. Dr. José Pedro Donoso
Universidade de São Paulo
Instituto de Física de São Carlos - IFSC
Agradescimentos
O docente da disciplina, Jose Pedro Donoso, gostaria de expressar o seu
agradecimento as editoras LTC (Livros Técnicos e Científicos), Pearson Education
e AMGH. Parte das figuras utilizadas nos slides foram obtidas dos livros textos
”Fisica” de Tipler & Mosca, “Fundamentos de Física” de Halliday, Resnick e
Walker e “Física III” de Young & Freedman, “Física para Universitários” de Bauer,
Westfal e Dias, através do acesso ao material de apoio para os professores
facilitados por essas editoras.
Bauer, Westfall, Dias, Física para Universitários (AMGH editora, 2012)
Bandas de frequência destinadas as transmissões de rádio,
TV, telefones celulares e Wi-fi nos EUA
Bauer, Westfall, Dias, Física para Universitários (AMGH editora, 2012)
Uma onda eletromagnética representada pela componente de campo elétrico E e de campo magnético B. A onda se propaga com velocidade c = 3 × 108 m/s
Em 1800 W. Herschell estuda os efeitos
térmicos nas diferentes regiões do
espectro. Utilizando um termômetro
verificou que a região espectral acima da
cor vermelha fornecia uma grande
potência calorífica. A região infravermelha
do espectro tinha sido descoberta.
CaltechAmerican Journal of Physics 28 (1) 42 (1960)Journal Chemical Education 28 (5) 267 (1951)
Exemplos da utilização da Espectroscopia
Kaufmann & Freedman, Universe
Costelação de Orion observada
nas regiões
(a) ultravioleta (125-200 µm)
(b) Infra-vermelha (12 - 100 µm)
(c) Visível (fotografia óptica)
(d) Mapa estelar
Trasparência da atmósfera da Terra
Kaufmann & Freedman, Universe
A atmósfera é mais transparente na região
óptica (luz visível) e na região de radio
frequências. Existem também regiões de
transparência no infravermelho (1 – 10 µm) e
no ultravioleta próximo (300 – 400 nm)
O vapor de água é o maior absorvedor da
radiação IR do espaço.
O ceu noturno observado em
diferentes regiões espectrais
Kaufmann & Freedman, Universe
(a) Região de Radio (λ = 73 cm) As ondas
de rádio são emitidas pelas partículas
carregadas movimentando-se nos
campos magnéticos da galaxia
(b) Raios-X (0.2 - 6 nm). Emissões
originadas de nuvems de gases em
altas temperaturas e regiões próximas
a buracos negros
(c) Região Infravermelha (satélite IRAS)
O ceu noturno observado em
diferentes regiões espectrais
Kaufmann & Freedman, Universe
(d) Vista das costelações de Orion e de
Sagitario na região visível. As áreas
escuras se devem a poeira que
bloqueia a luz visível.
(e) Região ultravioleta (135 – 255 nm)
mostrando as estrelas (hot stars) em
torno de Orion e de Cygnus.
A espectroscopia revelando a composição química dos planetas
Kaufmann & Freedman, Universe
Titan (satelite de Saturno)
Espectro da luz solar refletida de Titan
Antes de chegar no telescópio, a luz
passa pela atmósfera do Sol rica em
hidrogênio (absorção em 656 nm) e a
atmósfera da Terra (absorção do O2).
Os gases da atmósfera de Titan são
responsáveis pelas absorção em 620
nm e 730 nm, atribuidas ao metano
CH4
A espectroscopia revelando a composição química dos planetas
Kaufmann & Freedman, Universe
Europa (Lua de Jupiter)
Espectro da radiação infravermelha
refletida da superfície de Europa
A comparação deste espectro com
aquele do gelo permitiú aos
astronomos concluir que o gelo é o
principal constituinte da superfície
de Europa.
Espectroscopia Eletrônica
As energias envolvidas nos processos de redistribuição de eletrons em
moléculas e nas transições eletrônicas em cristais e semicondutores são da
ordem de alguns eV (1 eV = 8065 cm-1). Os fotons absorvidos (ou emitidos)
estão nas regiões vísivel ou ultravioleta do espectro eletromagnético
> 4.15> 3.33< 300Ultravioleta
2.952.38420Violeta
2.642.13470Azul
2.141.72580Amarelo
1.771.43700Vermelho
< 1.24< 1.00> 1000Infravermelho
E (eV)νννν (× 104 cm-1)λλλλ (nm)
Absorção da clorofila no visível
A vegetação é verde devido a clorofila, que
absorve fortemente nas regiões azul e vermelha
do espectro, e refletindo a componente verde da
luz branca incidente.
A clorofila a é uma porfirina contendo no seu
centro um átomo de Mg. O sistema de aneis na
cabeça de porfirina tem nove duplas ligações em
um sistema conjugado, e estas ligações
alternadamente simples e duplas suprem muitos
eletrons que podem tomar parte na absorção de
luz.
Atkins & de Paula, Físico Química
Moore, Físico Química, vol. 2 (Blucher + Edusp)
Forno de microondas
No forno se estabelece uma onda estacionária com λ = 12.2 cm (2.45 GHz) um comprimento de onda que é fortemente absorvido pela água nos alimentos.
Máquinas e Invençoes, Coleção Ciência e Natureza, Time Life, Abril Livros, 1997Young & Freedman, University Physics. 12th edition, Pearson, 2008
Espectro de absorção das moléculas de O 2
Harris & Bertolucci : Symmetry and Spectroscopy, Sec. 5-4
UV Visível IR
Espectro de absorção na região UV das moléculas de O 2
As moléculas de O2 situadas acima da estratósfera filtra a maior parte da radiação UV
procedente da luz solar, na faixa compreendida entre 120 e 220 nm; o restante é filtrado
pelo O2 na estratósfera. A luz UV com λ mais curtos que 120 nm é filtrada na estratósfera
e acima dela pelo O2 e N2 do ar. Dessa maneira, a luz UV com λ < 220 nm não atinge a
superfície da Terra.
Baird , Química ambiental
A luz UV com λ < 220 nm não atinge a superfície da Terra. O O2 filtra também
alguma, mas não toda, luz UV na faixa entre 220 e 240 nm. A UV entre 220 320
nm é filtrada principalmente pelas moléculas de ozônio , O3
EbbingGeneral Chemistry
Radiação solar no topo da atmosfera e no nível do mar
A absorção pelas moléculas de O2 e O3 é responsável da filtragem de praticamente toda a
radiação incidente com λ < 290 nm. A absorção da atmosfera na região entre 300 e
800 nm não é tão forte, deixando uma janela no espectro. Cerca de 40% da energia solar
está concentrada na região 400 – 700 nm. O vapor de água absorve de uma forma
complicada. De 300 a 800 nm, a atmosfera é essencialmente trasparente.
Espectros de absorção do O 2, O3, H2O na atmosfera
Seinfeld & Pandis, Atmospheric Chemistry and Physics
Transmissão de um feixe de radiação UV através de pele h umana
(espessura 70 µm)
Classificação da radiação UV
Okuno e Vilela: Radiação Ultravioleta: características e efeitos (Liv. da Fisica, 2005)
Ref: Unep (1987) Proteção ao Meio Ambiente das Nações Unidas
Espectro da radiação solar que atinge o topo da atmósfera
e ao nível do mar
Okuno e Vilela: Radiação Ultravioleta: características e efeitos (Liv. da Fisica, 2005)
Espectro da radiação solar que atinge o topo da atmósfera e na superfície
P.J. Aucamp, L.O. Bjorn, Environmental Effects Assessment Panel 2010United Nations Environment Programme (Unep)
Radiação ultravioleta
P.J. Aucamp, L.O. Bjorn, Environmental Effects Assessment Panel 2010United Nations Environment Programme (Unep)
Indice de radiação ultravioleta medido por satélite
P.J. Aucamp, L.O. Bjorn, Environmental Effects Assessment Panel 2010United Nations Environment Programme (Unep)
Formação da Vitamina D
C.H. Snyder, The Extraordinary Chemistry of Ordinary Things (Wiley, 1995)
O termo vitamina D se aplica a tres estruturas moleculares semelhantes, D1, D2 e D3Quando a radiação UV atinge nossa pele, converte a 7-dehydrocholesterol na forma D3, a cholecalciferol. A vitamina D é importante para a absorção do calcio e de fósforo de nossos alimentos.
Danos biológicos causados pela radiação ultravioleta
Okuno e Vilela: Radiação Ultravioleta: características e efeitos (Liv. da Fisica, 2005)
Sumário
1 – Bases físicas da radiação UV
2 – Grandezas, unidades e espectros
3 – Efeitos biológicos:
Anatomia da pele, interação da UV com a
pele, câncer, dano no DNA por radiação
UV, efeito da radiação UV na pele e nos
olhos, estatísticas de tipos de câncer
4 – Recomendações e índice UV
Editora Livraria da Física, 2005
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