Radiação e espetros

Espetros, Radiações e Energia

OBJETIVOS DE APRENDIZAGEM

Caraterizar tipos de espetros (de riscas/descontínuos e contínuos, de absorção e de emissão).

Interpretar o espetro de um elemento como a sua “impressão digital”.

Interpretar o espetro eletromagnético de radiações, associando cada radiação a um determinado valor de energia (sem referência à sua frequência e ao seu comprimento de onda).

Comparar radiações (UV, VIS e IV) quanto à sua energia e efeito térmico.

Situar a zona visível do espetro no espetro eletromagnético.

Out-12 2

OBJETIVOS DE APRENDIZAGEM

Identificar equipamentos diversos que utilizam diferentes radiações (por exemplo, instrumentos LASER, fornos micro-ondas, fornos tradicionais, aparelhos de radar e aparelhos de raios X).

Estabelecer a relação entre a energia de radiação incidente, a energia mínima de remoção de um eletrão e a energia cinética do eletrão emitido quando há interação entre a radiação e um metal.

Identificar algumas aplicações tecnológicas da interação radiação-matéria, nomeadamente o efeito fotoelétrico.

Interpretar espetros atómicos simples.

Out-12 3

• Porque é que as estrelas têm cor?

• Que relação existe entre a cor da estrela e a sua temperatura?

• Quais os elementos existentes nas estrelas?

• Como é possível saber a composição química das estrelas?

• A que se deve a cor do fogo de artifício?

Out-12 4

A energia produzida pelas

estrelas é emitida através de

radiação eletromagnética.

Analisando a radiação emitida

por elas e que chega até nós, é

possível recolher informação

sobre a fonte emissora e sobre o

meio onde passou.

Decompondo a luz obtém-se um conjunto de radiações

simples emitidas ou absorvidas por um determinado material a

que se chama espetro.

Out-12 5

O arco-íris foi o primeiro

espetro observado.

Resulta da decomposição da

luz branca.

Out-12 6

A luz branca é uma luz policromática

Tal como as gotas de

água os prismas

também decompõem

a luz branca ,

separando as

radiações que a

constituem

Este fenómeno é a dispersão da luz

A luz vermelha é a menos desviada no prisma (propaga-se com

maior velocidade)

A luz violeta é a mais desviada pelo prisma (propaga-se com menor

velocidade) Out-12 7

A luz ou radiação visível é apenas uma pequena parte da chamada radiação eletromagnética.

raios γ raios X ultravioleta visível infravermelho microondas televisão rádio

O espetro eletromagnético

Out-12 8

A luz visível é apenas uma pequena

parte das radiações eletromagnéticas.

Out-12 9

• A luz vermelha é a menos energética.

• A luz violeta é a mais energética.

• Toda a radiação eletromagnética é formada por fotões.

• A energia do fotão depende do tipo da radiação a que pertence.

Comparar a energia de um fotão de luz vermelha com a energia de um fotão de luz azul e com a energia de um fotão de radiação gama.

Out-12 10

UV IV

B

> l < l

As radiações ultravioletas (UV) têm comprimentos de onda menores que as visíveis mas são mais energéticas. As radiações infravermelhas (IV) têm comprimentos de onda maiores que as visíveis mas são menos energéticas.

Out-12 11

• Energia de um fotão

E = h. ν

h = 6,63 x10 -34 J.s

• Energia da radiação = nº de fotões . Energia de um fotão

E radiação = N. h. ν N- nº de fotões

h - constante de Planck

ν – frequência da radiação

Out-12 12

O espetro eletromagnético: efeito térmico da radiação

• Fotões de baixa energia;

• Intensidade de radiação elevada (muitos fotões)

13

• Fotões de elevada energia;

• Intensidade de radiação fraca (poucos fotões)

Out-12

TIPOS DE ESPETROS

• Espetro de emissão contínuo é aquele que mostra uma gama variada e ininterrupta de cores.

• É o caso do espetro da luz branca, e da luz emitida por sólidos, líquidos e gases incandescentes a alta pressão.

Situações em que aparecem espetros contínuos na região do visível:

• Lâmpadas de incandescência

• Lâmpadas de halogéneo

• Metais ao rubro

Out-12 14

TIPOS DE ESPETROS

• Espetro de emissão descontínuo é aquele que não apresenta um contínuo de radiação, mas antes riscas.

• São emitidos pelos átomos de substâncias elementares, no estado gasoso e a pressão reduzida, quando sujeitos a descargas elétricas de alta voltagem.

Situações em que aparecem espetros descontínuos na região do visível:

• Lâmpadas fluorescentes

• Lâmpadas de vapor de sódio

• Néons dos reclames luminosos

• Ensaios de chama (AL 1.2)

Out-12 15

ESPETRO DE EMISSÃO

Out-12 16

TIPOS DE ESPETROS

• Espetros de absorção são espetros que se observam quando parte da radiação emitida por uma fonte luminosa é absorvida por determinado elemento.

• São espetros com fundo colorido e riscas pretas, que correspondem às radiações absorvidas pelo elemento.

Out-12 17

ESPETRO DE ABSORÇÃO

Out-12 18

• Se compararmos o espetro de emissão de um elemento com o espetro de absorção, verificamos que as radiações emitidas no espetro de emissão são as que faltam no espetro de absorção.

19 Out-12

20

ESPETRO CONTÍNUO mostra uma gama variada e ininterrupta de cores

ESPETRO DESCONTÍNUO OU ESPETRO DE RISCAS não apresentam um contínuo de radiação

Resumindo:

Out-12

Espetro de uma lâmpada de incandescência

21

Espetro de uma lâmpada de halogéneo (focos e candeeiros)

Espetro de metais ao rubro

Ferro ao rubro

Out-12

22

Espetro de uma lâmpada fluorescente

Espetro de uma lâmpada de néon (reclames luminosos)

Out-12

Cada elemento tem um espetro de emissão próprio. As riscas características são as suas “impressões digitais” (como um código de barras).

Hidrogénio

Hélio

Sódio

Ferro

Comprimento de onda

Out-12 23

Espetros

Emissão

contínuos

de riscas

Absorção

de riscas

de bandas

Out-12 24

Como será possível saber que elementos

existem no Sol e noutras estrelas mais

longínquas?

Resposta: a partir da análise dos espetros de

emissão e de absorção da luz proveniente

dessas estrelas.

Out-12 25

Se uma dada estrela emite luz com esta composição:

certamente que contém .......?........

espetro de emissão do H

espetro de emissão de um elemento X

l

l

l

hidrogénio

Out-12 26

Comparando o espetro de um dado elemento na Terra com o

espetro desse elemento na luz proveniente das estrelas verifica-

se que a posição de todas as riscas no espetro estrelar está um

pouco desviada no sentido do vermelho, ou seja, no sentido das

radiações de maior comprimento de onda.

Este efeito é uma consequência da estrela se estar a afastar, ou

seja, da expansão do Universo.

espetro do elemento na Terra:

espetro do elemento na estrela:

l

Red shift

Out-12 27

ESPETROS: AS ESTRELAS

E A SUA CONSTITUIÇÃO

Out-12 28

Espectros de Absorção das Estrelas

Espectros de Absorção das Estrelas

• No núcleo da estrela (1), onde as temperaturas são muito elevadas, ocorrem reacções nucleares que libertam radiações , com muita energia.

• Estas radiações chegam à superfície da estrela (fotosfera - 2).

Espectros de Absorção das Estrelas

• Na fotosfera, os elementos químicos libertam radiações com energias muito próximas, formando um espectro de emissão contínuo (espectro térmico).

• Quando estas radiações atravessam a atmosfera da estrela (cromosfera – 3), algumas são absorvidas, formando-se um espectro de absorção de riscas (4).

Espectros de Absorção das Estrelas • As riscas podem ter intensidade diferente:

umas são mais escuras (mais largas) do que outras;

• Há riscas que aparecem nuns espectros mas não aparecem noutros;

Espectros de Absorção das Estrelas • Comparando as riscas dos espectros de absorção das

estrelas, com as riscas dos espectros dos elementos, obtidos em laboratório, pode verificar-se que algumas riscas estão na mesma posição.

• Ficamos assim a saber quais os elementos químicos que existem numa estrela.

Espectros de Absorção das Estrelas

• Quanto maior for a quantidade de um elemento, na atmosfera da estrela, maior é o número de radiações absorvidas. No espectro de absorção da estrela, a risca negra desse elemento será mais larga (mais intensa).

• Ficamos assim a saber quais os elementos que existem em maior quantidade na estrela.

Espectros de Absorção das Estrelas

• As riscas dos espectros de absorção também dão informações sobre a temperatura da atmosfera da estrela, porque a formação dos elementos depende da temperatura.

Espectros de Absorção das Estrelas • As riscas correspondentes às radiações de energia

4,24 × 10­19 J indicam a existência de iões He+ na atmosfera de uma estrela.

• Como só existe hélio ionizado a temperaturas muito elevadas, a presença destas riscas também indicam que a temperatura da atmosfera da estrela é cerca de 40000 K.

• Só as estrelas branco-azuladas, mais quentes, apresentam estas riscas nos seus espectros.

Espetro de absorção do hélio,

obtido da luz de uma galáxia

espetro de emissão do hélio,

obtido em laboratório

Espetro de emissão do hélio,

obtido em laboratório

Out-12 37

Fraunhofer observando espetros

Espetro solar obtido por

Fraunhofer em 1814

Out-12 38

ESPETRO SOLAR

Se toda a radiação emitida pelo sol em direção à Terra atingisse a crusta terrestre, o espetro solar seria contínuo. No entanto, o espetro solar, observado com um espetroscópio de alta resolução apresenta riscas escuras (riscas de Fraunhofer) sobre um fundo brilhante.

Out-12 39

ESPETRO SOLAR

A maior parte das riscas negras surge devido à absorção de radiação por átomos existentes na atmosfera do Sol. A outra parte deve-se à radiação absorvida pela atmosfera terrestre.

Como algumas dessas riscas coincidem com as riscas dos espetros de emissão dos átomos de , podemos concluir que esses átomos estão presentes na atmosfera solar.

Out-12 40

ESPETROS: AS ESTRELAS

E A SUA TEMPERATURA

Out-12 41

ESTRELAS: COR E TEMPERATURA

À primeira vista as estrelas parecem ser exclusivamente brancas. Olhando com atenção, poderemos encontrar um conjunto de cores:

azul, branco, vermelho ou até mesmo dourado.

Out-12 42

ESTRELAS: QUENTES OU FRIAS?

O espetro da luz emitida por uma estrela não permite

conhecer rigorosamente a sua temperatura.

Out-12 43

Espetro da luz emitida pelo filamento de uma lâmpada de incandescência

Baixa temperatura

Elevada temperatura

À medida que a temperatura de um corpo aumenta as radiações emitidas são cada vez mais energéticas

O corpo humano emite radiações na gama do infravermelho

Out-12 44

Estrela Sírio, estrela de cor branca.

A temperatura da sua superfície

ronda os 10 000K

Estrela Betelgeuse, estrela de cor

avermelhada.

A temperatura da sua superfície

ronda os 3 000K

Out-12 45

Classificação das Estrelas

Classe

espectral

Exemplos Cor

O Zeta

Orionis

Azul Mais

quente

B Rigel,Spica Azul

claro

A Sirius,Dene

b

Branco

F Pocyon,

Canopus

Amarelo

claro

G Sol,

Capella

Amarelo

K Aldebaran,

Arcturus

Amarelo

alaranja

do

M Antares,Be

telgeuse

Vermelh

o

Mais fria

Out-12 46

Consolidação das aprendizagens

APSAS nºs 3 e 4