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RADIAÇÃO, ENERGIA E ESPECTROS

As estrelas são muitas vezes classificadas pela cor e, consequentemente, pelas suas temperaturas, usando uma escala que foi imaginada na Universidade de Harvard no princípio do século XX.

10º Ano Ensino Secundário 2

SABEMOS … Que a temperatura das estrelas está relacionada com a sua cor

Que a distância entre dois objetos se pode determinar com grande exatidão utilizando o método da triangulação.


SABEMOS …


Hipparcos

Hiparco, em grego Hipparkhos, nasceu

em Nicéia, foi astrónomo, construtor,

cartógrafo e matemático grego

da escola de Alexandria, hoje Iznik, na Turquia.

HIPPARCOS significa The High Precision Parallax Collecting

Satellite Foi utilizado para medir com precisão distâncias

no universo. O seu sucessor foi GAIA

O Método da triangulação e HIPPARCOS

GAIA irá traçar um mapa tridimensional

da Via Láctea, com o objetivo de

conhecer a composição, a formação e a

evolução da galáxia

Mas será possível obter informação sobre a composição química de estrelas

distantes?

Em 1835, o Filosofo Augusto Conte disse referindo-se ao sol, às estrelas e aos planetas:

“Nós podemos determinar as suas formas e suas distâncias, os seus tamanhos e os seus movimentos mas nunca seremos capazes de conhecer a sua composição Química”


a luz proveniente das estrelas permite conhecer além da sua temperatura também os elementos presentes numa estrela, num planeta ou numa galáxia.


Augusto Conte estava enganado porque afinal…

A energia produzida pelas ESTRELAS É emitida através de radiação eletromagnética que

percorre o espaço vazio.



A radiação eletromagnética que chega à Terra fornece, portanto, informação sobre:

A fonte emissora e o meio que teve de atravessar.


Quase toda a energia que a Terra recebe e o ser humano utiliza vem do Sol

sob a forma de radiação. Embora a luz do Sol seja branca quando atravessa certos meios óticos decompõe-se numa série de cores simples ou monocromáticas que vão desde o vermelho ao violeta e cuja ordem está relacionada com a energia de cada uma delas. O conjunto destas radiações simples forma o chamado espetro da luz branca. A luz diz-se policromática por ser constituída por várias cores.


A velocidade destas radiações no vazio é 3,0 x108 m/s. No ar é praticamente a mesma. Em alguns meios dispersantes as diferentes cores têm diferentes velocidades resultando daí a sua dispersão ou separação.

O espetro solar e os espetros resultantes de corpos incandescentes

resultam da luz emitida por esses corpos e por isso

denominam-se espetros de emissão.

Histórico Isaac Newton (1642 - 1727)

Qual a

natureza

da luz? A natureza da Luz

Histórico

Isaac Newton (1642 - 1727)

Christian Huygens (1629 - 1695)

EMPATE luz tem comportamento dual


Qual a Natureza da LUZ?

Onda ? Ou partícula?

Neste fenómeno (efeito fotoelétrico)

um fotão colide com um átomo de um

metal provocando uma excitação

atómica e arrancando o eletrão.

Energia do fotão

E = h ν

Fotões

incidentes Eletrões ejetados

Neste fenómeno (difração) as ondas de luz

passam por um orifício ou contornam um objeto

cuja dimensão é da mesma ordem de grandeza

que o seu comprimento de onda.

metal

As ondas eletromagnéticas foram descritas

teoricamente por Maxwell, em 1860, e

detetadas experimentalmente por Hertz

alguns anos mais tarde

partícula

onda


Qual é então a Natureza da LUZ? A Luz tem simultaneamente duplo comportamento: ondulatório e corpuscular. A luz é constituída por partículas os fotões que transportam energia dada pela equação de Planck.

A luz visível não

corresponde a um

único tipo de radiação

E = h ν E – energia da radiação

h – constante de Planck

ν – frequência da radiação

Dispersão da Luz


A dispersão ocorre porque as diferentes

radiações eletromagnéticas se propagam com

velocidades diferentes nos diferentes meios.

Ao resultado desta decomposição

chamamos espetro (spectrum = imagem)

Porque é que ocorre a dispersão da Luz? Quando ocorre?

O que é o espectro eletromagnético?


“ Espetro – é o conjunto de radiações emitidas ou absorvidas por um determinado material.”

Os vários tipos de radiações eletromagnéticas diferem entre si em várias propriedades entre elas a frequência o comprimento de onda a energia que lhe está associada …

Esta variedade de radiações eletromagnéticas constitui o

espetro eletromagnético


Penetra a

atmosfera?

Comprimento

de onda () -

em metros

Microond. Infraverm. Visível Ultraviol. Raios-X Raio Gama

Do tamanho de...

prédios humanos abelha protozoários agulha moléculas núcleo atomico átomos

frequência -

em Hertz

Temperatura

- em Celsius

O ESPECTRO ELETROMAGNÉTICO

10 Milhões ºC 10.000 ºC - 173ºC - 272ºC


Espetro eletromagnético


Espetro eletromagnético zona do visível

//upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/8d/Espectro_eletromagnetico-pt.svg

Quanto mais elevada for a

temperatura de um corpo mais

elevado é o número de fotões

emitidos, por unidade de área

maior é a intensidade da

radiação.

Quanto mais elevada for a

temperatura de um corpo maior

é o valor da energia da radiação

emitida e maior é o

deslocamento para o violeta.

O efeito térmico

da radiação

depende do

número de fotões

e da sua energia

logo da sua

frequência.

Efeito térmico das

radiações visíveis

+

-

As estrelas de cor azul

têm uma temperatura

mais elevada que as

estrelas de cor laranja.


TIPOS DE ESPETROS

Contínuos - são constituídos por uma gama contínua de cores

ou radiações (espetro solar)

Descontínuos ou de riscas - quando apresentam somente

certos valores de energia (espetros atómicos).

Tipos de Espetros


Contínuos

Além do Sol outras fontes

luminosas emitem espetros

contínuos mas a intensidade da

luz emitida varia com a cor:

Lâmpada de vapor de Hg;

Luz de leitura de código de

barras;

Luz solar;

Lâmpada de tungsténio.

A Luz emitida pelo Sol constitui o Espectro Solar


Esta variedade de radiações constitui o espectro eletromagnético

O espetro de Fraunhofer ou linhas de Fraunhofer são um

conjunto de linhas espetrais, associadas originalmente a faixas

escuras existente no espetro solar, e que foram catalogadas

pelo físico alemão Joseph von Fraunhofer.


Cada espectro é característico de uma substância e permite identificá-la.

Nos espetros de absorção, é

a sobreposição das cores

não absorvidas que confere

a cor das soluções;

Tipos de Espetros


http://jersey.uoregon.edu/vlab/elements/Elements.html

Espectro Contínuo Linhas de Emissão

Espectro Contínuo com

linhas de absorção

Fonte de

Espectro Contínuo

Nuvem de Gás

Tipos de Espetros

Nos espetros de emissão, é

a sobreposição das cores

emitidas que confere a cor

das chamas;

Espetro de emissão de um tubo de descarga contendo hidrogénio

Espectros de emissão emissão de energia pelos eletrões


As riscas do espectro dependem dos eletrões.

Quanto maior o número de eletrões de

valência mais riscas irá ter o espectro, ou

seja, mais complexo é o espectro

http://www.google.pt/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&docid=s1QH6j1sU93bDM&tbnid=xEm3oxlv5uCNZM:&ved=0CAUQjRw&url=http://astrobob.areavoices.com/2010/03/&ei=8eN6Up21NIOL0AWc_oHgBw&bvm=bv.56146854,d.ZGU&psig=AFQjCNE09muI-G7UqZYOqnkw-b4cuDL8Ow&ust=1383871842757638

Comparando o espetro de emissão de uma estrela com o espetro de

um determinado elemento podemos saber se ele está

presente ou não na atmosfera da estrela.

Deslocamento para o vermelho A estrela está a afastar-se do

observador, Terra (consequência da expansão do universo)

Deslocamento para o violeta

A estrela está a aproximar-se do observador.

1. Inferir sobre a presença ou não de um elemento (descobrindo uma ou várias linhas de absorção ou emissão).

2. Medir a sua quantidade.

http://astro.if.ufrgs.br/rad/elements/Elements.htm

Hidrogénio: linhas características

A análise do espetro permite

http://astro.if.ufrgs.br/rad/elements/Elements.htm

A relação entre a quantidade de elemento presente e as carateristicas das riscas é a seguinte:

1. Quanto mais intensa e mais escura for a linha de absorção, maior é a quantidade de elemento.

2. Quanto mais intensa e mais clara for a linha de emissão, maior é a quantidade de elemento.

p n p n

emissão

Os átomos e as moléculas podem

receber energia por diversos

processos:

•Descargas elétricas (colisões com

eletrões).

•Aquecimento (colisões com outros

átomos).

•Absorção de energia (aumento de

energia dos seus eletrões).

O conhecimento que temos dos átomos resultou, em parte, da informação da radiação que absorve ou que emite. O contrário é igualmente válido - a natureza da

luz foi aprofundada em estudos de interação da radiação com a matéria.

Quando a energia fornecida a um

átomo é suficientemente grande o

eletrão pode mesmo abandonar o

átomo dando-se a remoção

eletrónica.

Einc = Er + EC

EFEITO FOTOELÉTRICO


Einc = W + EC

Interação da radiação com a matéria PERMITE CONHECER A CONSTITUIÇÃO DOS MATERIAIS

Einc – energia dos fotões incidentes

W – energia de remoção

Ec – energia cinética

A remoção eletrónica também ocorre para um metal. Quando uma

radiação eletromagnética incide sobre um metal e este liberta eletrões

com uma certa energia cinética, obtém-se o chamado efeito fotoelétrico.

No efeito fotelétrico ocorre

transformação de energia

radiante em energia elétrica.


EFEITO FOTOELÉTRICO

Eradiação = Eremoção + Ecinética do eletrão

Energia em

excesso que o

eletrão transporta

como energia

cinética

Quantidade de

energia incidente

utilizada para

remover o eletrão

do átomo.

Eradiação Eremoção

Há efeito fotoelétrico

Eradiação < Eremoção

Não há efeito fotoelétrico


Phet – Efeito Fotoelétrico

Representação esquemática de uma

célula fotoelétrica

http://phet.colorado.edu/en/simulation/photoelectric

http://phet.colorado.edu/en/simulation/photoelectric


Célula fotoelétrica

A - Placa metálica ligado

ao polo negativo da fonte

de tensão (pilha).

B - Terminal positivo do

circuito (ligado ao positivo

da fonte de tensão).

Fonte de tensão

Amperímetro

Efeito fotoelétrico

A intensidade de um feixe de fotões corresponde ao número de fotões do feixe.

- O número de eletrões extraídos por efeito fotoelétrico depende do número de fotões do feixe, ou seja, da intensidade da radiação.

- A energia cinética do eletrão extraído por efeito fotoelétrico depende da energia de cada fotão, ou seja, da frequência da radiação.

Sendo assim:

Aplicações do efeito fotoelétrico

-Na abertura automática de portas à nossa passagem. -Na leitura de bandas sonoras de filmes ou de códigos de barras. -Nas células solares que alimentam as baterias dos satélites artificiais. -Na contagem de pessoas que visitam uma exposição ou assistem a um espetáculo. -Em sistemas de alarme. -Etc…

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