Laboratório de Pesquisa em Ensino de Física da Faculdade de Educação da <strong>USP</strong> Transposição das Teorias Modernas e Contemporâneas para a Sala de Aula ___________________________________________________________________________________________________________ BLOCO <strong>VIII</strong> - ESPECTROSCOPIA Recurso de Ensino 1 ROTEIRO PARA CONSTRUÇÃO DE UM ESPECTROSCÓPIO SIMPLES Materiais • fita isolante • fita adesiva • papel color set preto • 1 CD* • cola • régua • estilete • tesoura • tubo papelão (ex.: tubo de papel higiênico) Procedimentos 1 - Com o papel color set, construa um cilindro com aproximadamente 4 cm de diâmetro e de 7 a 10 cm de comprimento. Use um tubo de papelão (tubo de papel higiênico ou papel toalha) como base. Se desejar, você pode substituir o tubo de papel por um tubo de PVC preto. Também é possível usar uma caixa de creme dental (o formato não é importante), mas tenha o cuidado de revesti-la internamente com papel preto. 2 - Faça duas tampas** com abas para o cilindro utilizando o papel preto. Em uma delas, use um estilete para recortar uma fenda fina (mais ou menos 2cm x 1mm). Na outra tampa, faça uma abertura no centro (mais ou menos 1cm x 1cm). Observe as ilustrações ao lado. 3 - Retire a película refletora do CD usando fita adesiva (grude-a na superfície e puxe-a, como numa depilação). Se necessário, faça um pequeno corte com a tesoura no CD para facilitar o início da remoção. 4 - Depois de retirada a película, recorte um pedaço do CD (mais ou menos 2cm x 2cm). Utilize preferencialmente as bordas, pois as linhas de gravação (que não enxergamos) são mais paralelas, conseqüentemente a imagem será melhor. É importante fazer uma marcação no pedaço recortado do CD para não esquecer qual a orientação das linhas (em qual posição as linhas são paralelas). 5 - Cole as tampas no cilindro, deixando a fenda alinhada com a abertura. Fixe o pedaço recortado do CD na tampa com a abertura, usando a fita isolante apenas nas bordas. Preferencialmente, alinhe as linhas de gravação paralelamente à fenda do espectroscópio, assim as imagens que observaremos também estarão alinhadas com a fenda. Caso opte por usar cola, tenha cuidado para não sujar a superfície do CD. Nesse caso, fixe o pedaço de CD na parte interior do espectroscópio e aguarde o tempo necessário para a fita isolante cola secar. 6 - Para evitar que a luz penetre no interior do tubo por eventuais frestas, utilize fita isolante para vedar os pontos de união entre o cilindro e as tampas. 63
Experimentos
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O espectroscópio Uma das tampas do espectroscópio tem uma rede de difração e a outra tem uma fenda. Inicialmente, é necessário alinhar a fenda com a rede de difração. | |
Cada estudante deverá utilizar o espectroscópio para analisar a luz emitida por diferentes fontes. Ele deve segurar o espectroscópio com a rede de difração próxima ao olho. A câmera de um telefone celular pode ser utilizada para fotografar os espectros. Para isso, deve-se posicionar a lente da câmera sobre a tampa com a rede de difração e ajustar o foco para obter uma imagem nítida do espectro. | |
Espectro de emissão do SolATENÇÃO: NUNCA olhe diretamente para o Sol! Com o espectroscópio, os estudantes deverão observar a luz refletida por uma folha branca de papel exposta ao Sol. Todos os comprimentos de onda são emitidos e compõem a luz branca que vemos. | |
Espectro de uma lâmpada incandescenteAssim como o Sol, uma lâmpada incandescente emite luz com todos os comprimentos de onda, portanto o espectro de emissão dessa lâmpada é contínuo.A luz emitida pelo filamento aquecido da lâmpada depende somente da temperatura dele. O mesmo acontece com a luz emitida pelo Sol. | |
Espectro de uma lâmpada fluorescenteUma lâmpada fluorescente emite um espectro discreto com linhas características do vapor de mercúrio contido no interior do tubo.Superposto a essas linhas aparece um espectro contínuo devido à fluorescência do material que reveste o interior dessa lâmpada. O processo de emissão de luz por fluorescência, será discutido no experimento Fluorescência e Fosforescência. Sugere-se que os alunos pesquisem sobre quais são os comprimentos de onda dominantes no espectro do mercúrio. | |
Espectro de uma lâmpada de vapor de sódioEstas lâmpadas contém vapor de sódio que emitem uma luz intensa de linhas de cor amarela. No entanto, para tornar a luz emitida mais agradável, os fabricantes acrescentam outros materiais que emitem luz na faixa visível do espectro.Os estudantes podem observar essas lâmpadas que são usualmente utilizadas na iluminação pública de rua e avenidas. | |
Espectro da luz de um monitor de computadorUma imagem na tela de um computador é constituída de um conjunto de pontos brilhantes chamados pixels. Cada pixel é formado por três fontes de luz muito pequenas e próximas uma do outra, de cores vermelho, verde e azul. A adição de diferentes intensidades dessas cores dá origem às demais cores.Na figura, estão mostrados três círculos coloridos e as cores que são geradas pela superposição deles. Carregue essa imagem para visualizá-la na tela de um computador ou de um telefone celular. Com o espectroscópio, analise a luz emitida por cada região de cor diferente. O espectro é contínuo? Quantas linhas você observa no espectro de cada região? Quais as cores das linhas que você observa nas regiões amarela, magenta, ciano e branca? Por que? | |
Espectro da luz refletida por objetosCom a lanterna, ilumine objetos de cores diferentes e observe com o espectroscópio a luz refletida na superfície de cada um deles.Quando iluminado com luz branca, uma folha de papel azul reflete luz com determinados comprimentos de onda que geram essa cor. Os demais comprimentos de onda são absorvidos pelo material. | |
Espectro de absorção da clorofilaA clorofila é um pigmento existente nas folhas das plantas e que está envolvido no processo de fotossíntese. A clorofila absorve luz principalmente em duas faixas de comprimentos de onda do espectro que correspondem ao azul/violeta e ao laranja/vermelho. Os comprimentos de onda entre essas duas faixas, que estão na região do verde, são refletidos, por isso as folhas têm a coloração verde. Outros pigmentos dão cores diferentes.Para observar a absorção de luz por uma folha, é necessário extrair os pigmentos dela. Para isso, corte uma folha de espinafre ou outro vegetal verde em pedaços pequenos. Coloque-os em um recipiente com 10 ml de álcool e triture as folhas até que restem apenas partes muito pequenas. Acrescente mais 20 ml de álcool e, em seguida, filtre a solução para um copo com um filtro de papel. Descarte o filtro com os restos. Segure o copo transparente com a solução contra a luz e, com o espectroscópio, observe a luz que atravessa a solução. O espectro da luz transmitida é mais intenso na faixa do verde, uma vez que a clorofila absorve comprimentos de onda nas outras faixas. | Espectro da clorofila Espectro de uma lâmpada incandescente |
Espectro de absorção: filtros de luzMateriais transparentes coloridos como plásticos, vidros, folhas, etc., absorvem luz de determinadas faixas de comprimentos de onda.Utilize o espectroscópio para comparar o espectro da luz de uma determinada fonte antes e depois de ela atravessar um desses materiais. Por exemplo, observe o espectro de uma lâmpada fluorescente e, em seguida, ainda com o espectroscópio direcionado para essa lâmpada, coloque na frente da fenda um pedaço de plástico colorido. Analise a diferença entre os dois espectros. Quais comprimentos de onda são absorvidos? Quais são transmitidos? Por que? Repita utilizando diferentes materiais. | |
Espectros de outras fontes de luzUtilize o espectroscópio para analisar a luz emitida por outras fontes de luz como o farol de carros (lâmpadas incandescentes e lâmpadas de xenônio), a lua, etc.Analise se o espectro de cada uma é discreto ou contínuo e, a partir dessa observação, pesquise sobre a origem dessa emissão. |