História da Espectroscopia, Notas de estudo de Física

Baixe História da Espectroscopia e outras Notas de estudo em PDF para Física, somente na Docsity! 1 História da Espectroscopia Museu Interativo da Física Faculdade de Física Universidade Federal do Pará Instituto de Ciências Exatas e Naturais Renato Bertoni Lardosa Santos Belém, outubro de 2012 Ensino Médio V Feira Estadual de Ciência, Tecnologia e inovação Semana Nacional de Ciência e Tecnologia - 2012 2 Índice O que é a luz? Energia luminosa Raios ou ondas? Como surge a luz? Corpos iluminados e luminosos A emissão de luz Ondas eletromagnéticas e a luz Tipos de ondas eletromagnéticas Exemplos no dia-a-dia Radiações ionizantes e não-ionizantes Lâmpadas, fornos e o telefone celular Informações contidas na luz O início da espectroscopia Introdução 5 O que é a luz? O Brasil tropical recebe grandes quantidades de energia luminosa durante o ano todo Grande diversidade biológica Grande potencial fotoelétrico http://2.bp.blogspot.com/-oAvRA_10jD4/T9bETcSGR9I/AAAAAAAAiZE/FWlp1nGqU8w/ s1600/usina_taua.jpg Usina Solar Tauá, Ceará h tt p :/ /w w w .a p o lo 1 1. co m /i m ag en s/ et c/ es ta co es _d o _a n o _v er ao _h em is f_ su l.j p g http://br.viarural.com/agricultura/flora/floresta- ombrofila-densa-03.jpg Floresta Amazônica 6 O que é a luz? Embora a luz produza sombras como se fossem raios, descobriu-se que são na verdade ondas muito pequenas Desde os tempos dos gregos (), debatia-se a respeito da forma da luz Haviam duas hipóteses: a corpuscular e a ondulatória. http://www.lightandmatter.com/html_books/7cp/ch07/figs/ crepuscular-rays.jpg h tt p :/ /w w w .k al ip ed ia .c o m /k al ip ed ia m ed ia /c ie n ci as n at u ra le s/ m ed ia /2 0 07 09 /2 4 /fi si ca yq u im ic a/ 20 0 70 92 4 kl p cn af yq _2 74 .G es .L C O .p n g 7 O que é a luz? http://www.lightandmatter.com/html_books/7cp/ch07/figs/ crepuscular-rays.jpg Corpuscular Hipótesesi Ondulatória Luz é um feixe de partículas luminosas Luz são ondulações em um meio 𝜆 𝜆 :Comprimento de onda Entre 1630 e 1678 grandes cientistas, com base em experimentos, retomaram o debate em suas publicações 10 O que é a luz? A Descoberta do Ultravioleta (1801) Os “Raios Químicos” Johann Wilhelm Ritter (1776 - 1810) http://it.wikipedia.org/wiki/Johann_Wilhelm_Ritter h tt p :/ /c o o lc o sm o s. ip ac .c al te ch .e d u /c o sm ic _c la ss ro o m /c la ss ro o m _a cti vi ti es /r itt er _e xa m p le .h tm l 11 O que é a luz? Em 1803, Thomas Young (1773 – 1829) mostrou que a luz são ondas, e o há o efeito de interferência entre ondas luminosas A interferência ocorre quando duas ou mais ondas se combinam, reforçando-se ou anulando-se http://www.exploratorium.edu/ronh/bubbles/ interference.gif Interferência construtiva Interferência destrutiva h tt p :/ /w w w .p h ys ic s. lo u is vi lle .e d u /c ld av is / p h ys 2 98 /n o te s/ st w av e_ in t. gi f h tt p ://u p lo ad .w ikim ed ia.o rg/w i kip ed ia/ co m m o n s/9/9f/ Th o m as_Yo u n g_ (scien ti st).jp g 12 O que é a luz? http://ipad-wallpapers.co/wp-content/ uploads/walls/thumbs/Iridescence-Soap- Bubble-400x400.jpg IridescênciaI i i http://3.bp.blogspot.com/_wzFWYKteoLo/TDePkj5H9_I/ AAAAAAAAAFI/uIpcZfHXyyE/s1600/iridescent+beetle.jpg http://www.flickr.com/photos/ 55011269@N00/2329111053/ h tt p :/ /w w w .e xp lo ra to ri u m .e d u / ro n h /b u b b le s/ re fl ec ti o n .g if Ar Sabão 15 O que é a luz? Radiações não-ionizantesi i i Luz visível Infravermelho Micro-ondas Radiohtt p ://im ages.d i p o l.co m .p l/im a ges/a14 3 .jp g h tt p ://1 .b p .b lo g sp o t.co m /-9 V 1 1 Zj7 4n iM /TyQ s3 ivszB I/ A A A A A A A A A LE/ K cxjA fk Sa-8 /s16 0 0/lo ckh eed -m arti n -tp s-7 7- laad -sivam -rad a r-im age.jp g h tt p :/ / w w w .b ig d ea lin fo rm ati ca .c o m . b r/ ec o m m er ce _s it e/ ar q u iv o s8 4 68 /a rq u iv o s/ 13 3 06 28 8 16 _1 .jp g h tt p :/ /u p lo ad .w ik im ed ia .o rg / w ik ip ed ia /c o m m o n s/ 2 /2 c/ N N - K 12 5M B G P G _G ri ll- M ik ro w el le _s ilb er _P an as o n ic .g if h tt p ://u p lo ad .w ikim ed ia.o rg /w i kip ed ia/ co m m o n s/9/9 4/ SM A W .w eld in g. af.n cs.jp g h tt p :/ /3 .b p .b lo gs p o t. co m /- jW fr X W H xv Fc /T y3 a6 Q iW X U I/ A A A A A A A A B b w /P fJ h rm vk W V 0 /s 1 60 0/ n er o 1 .jp g h tt p :/ /w w w .id ei as m o d er n as .c o m /w p -c o n te n t/ u p lo ad s/ 20 1 1/ 1 0/ co n tr o le -r em o to -u n iv er sa l.j p g h tt p :/ /2 .b p .b lo gs p o t. co m /- -q D vb 8 N cT o s/ Tu YZ jr X D p aI / A A A A A A A A C 3 c/ U C 6 -M -U Yb S8 /s 16 00 /R A D IO .jp ghtt p ://w w w .cam erad ep artm en t .tv/fi les/ im agecach e/ p ro d u ct_fu ll/R C A -FFR 4 3 W -2 0IN -FR O N T.jp g 16 O que é a luz? Exemplos no dia-a-dia: lâmpadas FluorescenteIncandescente h tt p :/ /v id eo p ro d u cti o n ti p s. co m /V P T- Im ag es /c o m p ac t- fl u o re sc en t- lig h t- b u lb .jp g h tt p ://stati c.gu im .co .u k/sys-im a ges/G u ard ian /P ix/ co m m ercial/20 0 8/1 0/0 9/ligh t-b u lb _4 60 x2 76 .jp g In te n si d ad e re la ti va Comprimento de onda (nm) Luz do dia In te n si d ad e re la ti va Encyclopaedia Britannica 2011 Comprimento de onda (nm) In te n si d ad e re la ti va Comprimento de onda (nm) 17 O que é a luz? Exemplos no dia-a-dia: fornos Forno de micro- ondas Forno convencional (gás) Infravermelho (Radiação térmica) h tt p ://im age.m a d e-in -ch in a.co m /2 f0 j0 0q M ZEIQ tA Jaic/ Freestan d in g-Ele ctric-G as-O ven - 1 60 1 -D -.jp g http://www.wired.com/images/productreviews/ 2008/09/hamilton_beach_countertop_oven_f.jpg Forno elétrico (de convecção) http:// www.healthilluminationproducts.com/ files/1684122/uploaded/ilve-microwave- oven-convection-grill.jpg Micro-ondas () 20 Como surge a luz? A luz surge de variações na estrutura dos corpos Toda a matéria é constituída de átomos O O O O Elétrons () Núcleo Nêutron Próton () Núcleo atômico simplificado Orbitais 21 Como surge a luz? Átomos agrupam-se, formando moléculas, com elétrons compartilhados H O O H O O H H 22 Como surge a luz? A energia luminosa é absorvida pelos elétrons Quando absorvem, vão para orbitais mais externos Quando emitem, vão para orbitais mais internos O O O O O O A quantidade de radiação visível emitida determina a cor que o corpo apresenta, comprimento da onda eletromagnética 25 Informações contidas na luz Explicação para as linhas de Fraunhofer Robert Wilhelm Bunsen (1811-1899) Gustav Robert Kirchhoff (1824 – 1887) h tt p ://0 .tq n .co m /d /ch em istry/1 /0 /u / 3/1 /G u stav_R o b ert_K irch h o ff .jp g h tt p ://w w w .lep la. ed u .p l/en /m o d u le s/ A cti viti es/m 0 7 /im ages/b u n sen 2 .gif http://ibphysicsstuff.wikidot.com/local--files/quantum-mechanics/Spectrum2.jpg Linhas escuras de absorção Atmosfera mais fria Espectro do interior quente Hidrogênio Hélio Carbono Oxigênio 26 Informações contidas na luz Leis da Espectroscopia, por Kirchhoff (1859) http://www.scienceinschool.org/repository/images/issue4spectrometer11_large.jpg Matéria quente e muito densa Rede de difração Espectro contínuo Espectro de emissão Espectro de absorçãoGás frio Gás quente 27 Conclusão As linhas absorvidas ou emitidas são características dos elementos químicos que interagem com a luz Com isso, a espectroscopia tornou-se uma técnica de se estudar a composição dos materiais