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Ciências da Natureza e suas Tecnologias - Física

Ensino Médio, 3ª Série

Luz e Radiação Eletromagnética

Física, 3º AnoLuz e Radiação Eletromagnética

LUZ

Há tempos que o homem se preocupa com a luz e com a escuridão. A princípio, as únicas fontes de luz conhecidas eram o Sol, a Lua e as estrelas.

Imagem: Magnus Manske / Creative Commons Attribution 1.0 Generic license.

Imagem: Luc Viatour / www.Lucnix.be / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported license.

Imagem: ESA /Hubble / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported license.

Com o surgimento do fogo, formas não naturais começam a ser usadas, tais como: as tochas , velas e lamparinas. Posteriormente, surgem as lâmpadas e o laser.



A vida na Terra está baseada na presença da luz, sem ela seria impossível a sobrevivência do homem em nosso planeta.

As plantas precisam da Luz para que ocorra a fotossíntese e, consequetemente, a produção de oxigênio

As brisas e ventos são formados pelo aquecimento do ar.

Imagem: Mobentec / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported license

Imagem: Christian Frausto Bernal / Creative Commons Attribution-Share Alike 2.0 Generic license.


Para os filósofos gregos da antiguidade, que tinham uma visão atomística das coisas, a luz seria formada de pequenas partículas( átomos ) que se soltavam dos objetos penetrando em nossos olhos possibilitando a visão. As partículas de luz seriam uma espécie de miniatura dos objetos que saiam em todas as direções, essas partículas receberam o nome de simulacros ou eidola.

Imagem: Autor Desconhecido / Public domain

Imagem: Micky Zlimen / Creative Commons Attribution-Share Alike 2.0 Generic license.

http://www.google.com.br/imgres?imgurl=http://4.bp.blogspot.com/-DICkx_G4O_k/TcdTRo5Ih7I/AAAAAAAAAoU/CCCEek_3Zkk/s1600/laranja.jpg&imgrefurl=http://faroldereminescencias.blogspot.com/2011/05/uma-laranja-todo-dia.html&usg=__EidEa5Kh8bERetoEvlN70iWLd0I=&h=300&w=400&sz=13&hl=pt-BR&start=2&zoom=1&tbnid=Iq2_g0Ln7_4xNM:&tbnh=93&tbnw=124&ei=DuHQTvDXIMXj0gHKyo35Dw&prev=/search?q=laranja&hl=pt-BR&sa=N&gbv=2&tbm=isch&itbs=1

























Imagem: Autor Desconhecido / Public domain


Já para a escola pitagórica , existia em cada um de nós um espécie de fogo interior que emitiria, através dos olhos, raios luminosos em direção ao objeto sendo refletido por ele e retornando ao nossos olhos. Esses raios de luz receberam o nome de quid.

Imagem: Nadir Hashmi / CC BY-NC-ND 2.0)


A ideia que se tem hoje de Luz teve origem no pensamento de filósofos árabes que diziam que a luz tinha existência própria. Ela não dependia do objeto nem do olho humano.

A luz dependeria da fonte luminosa

1- Fonte que emite luz( Fontes Luminosas)

Imagem: Rrinsindika / Creative Commons Atribuição-Partilha nos Termos da Mesma Licença 3.0 Unported.


2- Fonte que desviam a luz ( objetos Iluminados)

Mas o que realmente será a luz e de que ela é formada?


Isaac Newton desenvolveu sua teoria baseada no fato da luz ser composta por partículas pequeninas que não poderiam ser vistas em sua unidade. Ele chamou essas partículas de corpúsculos de luz.

A luz branca, que vinha do Sol, seria formada por diferentes corpúsculos de cores diferentes que, ao atravessarem um prisma, seriam desviados por forças diferentes separando-as .

Imagem: Suidroot / GNU Free Documentation License


Durante o século XVII, um contemporâneo de Isaac Newton, Huygens, observou que dois feixes de luz, ao se cruzarem, não sofriam desvios. Mas, se a luz era formada de partículas, como é que elas não sofriam colisões durante o cruzamento dos seus feixes?

Para explicar este fato, Huygens propôs que a luz seria constituída de perturbações do meio entre a fonte e o observador. A luz seria então uma onda.

Imagem: Yoyokits / domínio público


Chegamos então ao conceito contemporâneo de Luz;

A Luz é uma energia radiante que causa a sensação de visão.

Fonte de luz

Objeto Iluminado

Imagens: Clip Art´s do próprio Power Point.


James Clerk Maxwell (1831-1879)

Segundo Maxwell

Mas o que vem a ser energia radiante? Energia Radiante são ondas eletromagnéticas.

“Sempre que uma carga elétrica é acelerada, ela emite ou irradia uma onda eletromagnética, isto é, campos elétricos e magnéticos oscilantes, que se propagam no espaço, apresentando todas as propriedades de um movimento ondulatório.”


Com essa hipótese, Maxwell, generalizou, matematicamente, os princípios da eletricidade. A verificação experimental de sua teoria só foi possível quando se passou a considerar um novo tipo de onda, a chamada onda eletromagnética. Essa onda surge como consequência de dois efeitos: um campo magnético variável produz um campo elétrico, e um campo elétrico variável produz um campo magnético. Esses dois campos em constantes e recíprocas induções propagam-se no vácuo.

Comp. De onda Direção de propagação

Campo Magnético ( B )

Campo Elétrico ( E )


As ondas eletromagnéticas são ondas transversais.

Vale lembrar que ondas transversais são aquelas cuja direção de propagação é perpendicular à direção de vibração.

Direção do movimento

das partículas

Direção de propagação

da onda

Onda


A velocidade de propagação, no vácuo, de uma onda eletromagnética é 3.108 m/s.

A distância entre a Terra e Sol é de aproximadamente 150.000.000 km.

A luz do Sol demora aproximadamente 8 minutos até chegar a Terra.


É importante tomarmos consciência de que estamos imersos em ondas eletromagnéticas. Iniciando pelo Sol, a maior e mais importante fonte para os seres terrestres, cuja vida depende do calor e da luz recebidos através de ondas eletromagnéticas (1)


Vamos lembrar o que é comprimento de onda e frequência!

Imagem: Autor desconhecido / GNU Free Documentation License


O comprimento de onda é a distância entre duas cristas consecutivas ou dois vales consecutivos.

= Comprimento de onda

Imagem: Parakalo / GNU Free Documentation License


O número de ciclos feito por um ponto vibrante em sua unidade de tempo chamamos de Frequência.

F = n/Δt

Quanto maior a frequência maior a energia armazenada na onda e menor o comprimento de onda.


O espectro visível da luz é uma onda eletromagnética que, ao penetrar em nossos olhos, pode sensibilizar a retina e desencadear o mecanismo da visão.


A luz visível possui uma faixa estreita de frequências que se estende aproximadamente de 4,5. 1014Hz (vermelho), a 7,5. 1014Hz (violeta) capaz de sensibilizar a visão.

Essa faixa possui as sete cores fundamentais e podemos relacioná-las em ordem crescente de frequência, como: vermelho, alaranjado, amarelo, verde, azul, anil e violeta.


1-As radiações cujas frequências estão abaixo de 4,5. 1014Hz (luz vermelha) não são capazes de sensibilizar a retina, portanto, são invisíveis ao olho humano. Como, por exemplo, as ondas de TV e os raios infravermelhos

Atenção!!

2- As radiações cujas frequências estão acima de 7,5. 1014Hz (luz violeta) também não são capazes de sensibilizar a retina, portanto, são invisíveis ao olho humano. Como, por exemplo, os Raios Ultravioleta e os Raios X


Abaixo temos um modelo do espectro eletromagnético completo


Atualmente, a forma de luz visível que causa grande encanto é o LASER.

LASER é a junção das letras de “Ligh Amplification by Stimulated Emission of Radiation”, que em português quer dizer “amplificação da luz por emissão estimulada por radiação”.

Imagem: Jeff Keyzer / Creative Commons Attribution 2.0 Generic license

Imagem: Autor desconhecido / Public domain


1- A luz é monocromática (possui uma única cor);

O laser possui características próprias:

2- A luz é coerente (emitida em uma única frequência);

3- A luz é colimada (os raios são quase paralelos);

4-Grande concentração de energia em pequena área.


Em razão dessas características, o laser é muito aplicado nas cirurgias médicas, em pesquisas científicas, e nos leitores de CD e DVD. O laser de dióxido de carbono tem sido muito utilizado na indústria, pois possibilita um processo rápido de corte e solda de materiais.

Imagem: Metaveld BV / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported

Imagem: CMRF Crumlin / Creative Commons Atribuição 2.0 Genérica.

Imagem: Vincent1969 / Creative Commons Atribuição 2.5 Genérica


Tente discutir algumas questões com seu aluno.

Exercício ou comparações

1- Leve para sala de aula um apontador laser e uma lâmpada incandescente vermelha. Use as duas fontes de luz e peça aos alunos que diferenciem as duas.

2- Leve um aparelho de som para a sala, ponha um CD para tocar, explicando, assim, a diferença entre a leitura do CD e a propagação do som.

Slide Autoria / Licença Link da Fonte Data do Acesso

2 Magnus Manske / Creative Commons Attribution

1.0 Generic license. http://commons.wikimedia.org/wiki/File:2002-08_Westerland_Sundown.jpg

05/04/2012

2 Luc Viatour / www.Lucnix.be / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported license.

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Full_Moon_Luc_Viatour.jpg

05/04/2012

2 ESA/Hubble / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported license.

http://en.wikipedia.org/wiki/File:Starsinthesky.jpg

05/04/2012

3 Panther40k / Creative Commons Attribution 2.0 Germany license.

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Torch.jpg

05/04/2012

3 4028mdk09 / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported license

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Einzelne_Kerze.JPG

05/04/2012

3 Elembis / Domínio público http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Light_bulb_icon.svg?uselang=pt-br

05/04/2012

3 Sledzik1984 / GNU Free Documentation License http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Vizual_pokazy_laserowe_1.jpg

05/04/2012

3 David Falconer / United States Public domain http://commons.wikimedia.org/w/index.php?title=File:THE_SETTING_SUN_AND_GLASS_LANTERN,_SYMBOLS_OF_SOLAR_ENERGY_AND_MANMADE_LIGHTING,_ALONG_THE_OREGON_COAST_NEAR_LINCOLN..._-_NARA_-_555471.tif&page=1

05/04/2012

4 Mobentec / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported license

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Alpine_Strawberry_Plant.jpg

05/04/2012

Tabela de Imagens


4 Christian Frausto Bernal / Creative Commons

Attribution-Share Alike 2.0 Generic license.http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Pinus_devoniana_in_wind.jpg

05/04/2012

5 Autor Desconhecido / Public domain http://en.wikipedia.org/wiki/File:Orange-fruit-2.jpg

05/04/2012

5 Micky Zlimen / Creative Commons Attribution-Share Alike 2.0 Generic license.

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Eye_macro.jpg

05/04/2012

6 Micky Zlimen / Creative Commons Attribution-Share Alike 2.0 Generic license.

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Eye_macro.jpg

05/04/2012

6 Nadir Hashmi / Attribution-NonCommercial-NoDerivs 2.0 Generic (CC BY-NC-ND 2.0)

http://www.flickr.com/photos/88528463@N00/2109614125/

05/04/2012

7 Rrinsindika / Creative Commons Atribuição-Partilha nos Termos da Mesma Licença 3.0 Unported.

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:..........sunset........jpg?uselang=pt-br

05/04/2012

8 Wurzelgnohm / Creative Commons CC0 1.0 Universal Public Domain Dedication.

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Moon_35x.jpg?uselang=pt-br

05/04/2012

9 Suidroot / GNU Free Documentation License http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Prism-rainbow.svg

05/04/2012

10 Yoyokits / domínio público http://commons.wikimedia.org/wiki/File:HuygensDiffraction.jpg?uselang=pt-br

05/04/2012

11 Clip Art´s do próprio Power Point. 05/04/201212 G. J. Stodart / domínio público http://commons.wikimedia.org/wiki/

File:James_Clerk_Maxwell.png?uselang=pt-br05/04/2012

Tabela de Imagens


13 SuperManu / GNU Free Documentation License http://en.wikipedia.org/wiki/

File:Onde_electromagnetique.svg05/04/2012

15 Carlos Rosa PT / Creative Commons - Atribuição - Partilha nos Mesmos Termos 3.0 Não Adaptada

http://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:Sol_Terra_Lua.JPG

05/04/2012

16 Ascánder / public domain http://en.wikipedia.org/wiki/File:The_Sun_with_Prominence.jpg

05/04/2012

17 Autor desconhecido / GNU Free Documentation License http://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:Onda.png

05/04/2012

18 Parakalo / GNU Free Documentation License http://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:Comprimento-de-onda.png

05/04/2012

20 NIH en:National Eye Institute / Public domain http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Human_eye.jpg

05/04/2012

20 Autor desconhecido / Public domain http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Espectro_Electromagn%C3%A9tico.JPG

05/04/2012

23 Autor desconhecido / Public domain http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Espectro_Electromagn%C3%A9tico.JPG

05/04/2012

24 Jeff Keyzer / Creative Commons Attribution 2.0 Generic license http://en.wikipedia.org/wiki/File:Laser_play.jpg

05/04/2012

24 Autor desconhecido / Public domain http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Starfire_Optical_Range_-_three_lasers_into_space.jpg

05/04/2012

25 ΒΟΥ / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:RGB_laser.jpg

05/04/2012

Tabela de Imagens


26 Vincent1969 / Creative Commons Atribuição 2.5

Genérica http://commons.wikimedia.org/wiki/File:CDROM.jpg?uselang=pt-br

05/04/2012

26 Metaveld BV / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Laserkop_van_Amada_FO-4020NT_4kW_industriele_laser.jpg

05/04/2012

26 CMRF Crumlin / Creative Commons Atribuição 2.0 Genérica.

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:RW_laser.jpg?uselang=pt-br

05/04/2012

Tabela de Imagens

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