Lista de Materiais
Etapa 1
Um recipiente com água ou prisma;
Um espelho plano;
Anteparo com papel branco.
Etapa 2
Uma caixa vazia de cereal ou de sabão em pó;
Um CD;
Uma lâmina ou qualquer material cortante para fazer a fenda.
Etapa 3
Um pedaço de CD transparente (2,0 x 2,0 cm);
Uma caixa vazia de CD;
Escala impressa ou no papel milimetrado;
Uma lâmina ou qualquer material cortante para fazer a fenda;
Fita adesiva;
Uma régua;
Uma lâmpada incandescente ou fluorescente ou utilize a luz solar.
Etapas do procedimento
Etapa 1: Análise qualitativa do espectro da luz - recipiente
com água
Para obter o espectro da luz solar (luz branca) pode-se usar:
Um recipiente transparente com água ou um prisma, um espelho plano e um
anteparo para projetar o espectro da luz solar, como mostra a figura 2, onde foi
representado um esquema do experimento:
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Espectroscopia – Versão 1.0
IBTF - Projeto Acessa Física - Atualizado em 05 de março de 2010
Projeto Financiado pelo MEC - Ministério da Educação e Cultura e pelo MCT - Ministério da Ciência e Tecnologia
- Esta obra está licenciada sob uma Licença Creative Commons - © 2010 – MEC e MCT
Procedimento
Encha o recipiente com dois terços de água.
Coloque o recipiente sobre uma mesa ou no chão, de forma que receba
diretamente os raios solares.
Mergulhe parcialmente um espelho plano na água, com uma inclinação tal
que os raios solares incidam no espelho dentro da água, sofrendo dupla
refração (Figura 3).
Aguarde até que a água fique em repouso.
Ajuste a posição do anteparo até que os raios refletidos sejam nele
projetados (Figura 3).
Observe o espectro.
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Etapa 2: Espectroscopia: análise qualitativa - CD
Para entender o funcionamento da rede de difração, temos que nos reportar à
teoria ondulatória da luz, isto é, à óptica física.
Utilizando um CD inserido parcialmente em uma caixa sob um ângulo de 45 o,
abre-se uma fenda no lado oposto da caixa e uma abertura na sua lateral para
observar o espectro (Figura 4a). A luz colimada pela fenda incide na parte do
CD dentro da caixa, projetando o espectro no seu interior (Figura 4b).
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Procedimento
Insira um CD sob um ângulo de 45o na lateral de uma caixa vazia de
cereal ou de sabão em pó, como mostra a Figura 5a.
Faça uma fenda de 1,0 a 2,0 mm de largura e de 1 a 2 cm de
comprimento no lado oposto ao do CD, na direção da parte do CD inserida
na caixa (Figura 5b).
No topo da caixa, faça uma abertura com aproximadamente 2,0 x 1,0 cm,
para poder visualizar o espectro dentro da caixa (Figura 5b).
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Etapa 3: Espectroscopia: análise quantitativa - Construção do
espectrômetro de caixa
Esse espectrômetro é construído utilizando-se uma caixa de CD vazia. Em um
de seus lados, é colocado um pedaço de CD (Figura 6a) com a camada
metalizada retirada, que vai servir como rede de difração. No outro lado da
caixa, é feita uma fenda (Figura 6b) para permitir a entrada de luz. O espectro
da luz é projetado sobre uma escala, que é colocada ao lado da fenda no
interior da caixa e que será utilizada para a medida dos comprimentos de onda
correspondentes para cada radiação (cor) do espectro (Figura 6c).
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Procedimento
Faça uma fenda na vertical utilizando um material cortante, com 1 a 2
mm no máximo de largura e 1 a 2 cm de comprimento (Figura 7a).
Para remover a camada metalizada do CD, cole uma fita adesiva sobre ele
e em seguida retire-a; o resultado será um CD transparente.
Do lado oposto da fenda, na direção da fenda, faça uma abertura e cole o
pedaço de CD em uma posição em que seja observado o espectro da luz
projetado no mesmo lado da fenda (Figura 7b).
Com os parâmetros relativos à dimensão da caixa, faça a escala que será
utilizada para realizar a medida dos comprimentos de ondas
correspondentes para cada radiação (cor) do espectro.
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Espectroscopia – Versão 1.0
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Construção da escala
Usando a seguinte equação,
λ=d
x
L2 + x2
onde d = espaçamento entre ranhuras do CD, x = a posição no espectro,
L = a distância entre a rede difração (CD) e o anteparo e λ = o
comprimento de onda, poderemos construir a escala sobre papel
milimetrado (Veja dedução da fórmula na seção “Informações
Adicionais”).
Repetindo os cálculos para os demais comprimentos de onda
apresentados na tabela 1, podemos finalmente construir a escala no papel
milimetrado (Figura 8).
Fazendo para outros comprimentos de onda, λ, obtém-se a escala,
conforme mostra a tabela abaixo:
Tabela 1: Calibração do espectrômetro para
L = 14,3cm e d = 1,6 µm
X (cm)
λ (nm)
3,69
400 (violeta)
4,19
450,00 (anil)
4,70
500,00 (azul)
5,13
550,00 (verde)
5,66
600,00 (amarelo)
5,87
650,00 (alaranjado)
6,96
700,00 (vermelho)
Na escala, colocam-se os valores dos comprimentos de onda correspondentes
aos valores de x encontrados (Figura 8), sendo o ponto zero o ponto de
incidência do feixe direto.
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Cole a escala ao lado da fenda, tomando o ponto zero coincidente com a
posição da fenda, como mostra a figura 9a.
A figura 9b mostra a montagem final do espectrômetro de caixa.
Utilizando o espectrômetro construído
Meça o comprimento da caixa do CD, L, que corresponde à distância entre
a fenda e a rede de difração (pedaço do CD transparente). Coloque o
valor na tabela 1;
Olhando através do pedaço de CD (rede de difração), direcione a fenda da
caixa para o Sol;
Quando conseguir visualizar a projeção do espectro da luz solar na escala
que está ao lado da fenda, faça as medidas de x, distância entre a fenda e
a radiação, mínima e máxima para cada faixa de cor observada. Coloque
os valores na Tabela 1;
Repita o procedimento em um ambiente parcialmente escurecido,
visualizando o espectro da lâmpada incandescente ou fluorescente na
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escala. Coloque os valores de x na tabela para as cores observadas para
cada lâmpada.
Determine:
1. Os valores das faixas dos comprimentos de onda – valor mínimo e valor
máximo, para cada radiação (cor) em um dos espectros obtidos: luz solar,
ou lâmpadas incandescentes ou fluorescentes. Para fazer os cálculos,
utilize a expressão:
λ=d
x
L2 + x2
L → comprimento da caixa medido;
x → medida entre a fenda e a radiação que se quer saber o comprimento
de onda;
d → distância entre as ranhuras do CD;
d = 1,6 μm = 1,6 x 10-6 m
2. As frequências (em Hz) e as energias (em eV) correspondentes a essas
radiações.
Calcule a frequência, utilizando a relação:
f=c
λ
onde c é a velocidade da luz que é aproximadamente 3 x 10 8 m/s E a
energia, E, em eV:
E = h f, onde h= 6,63 x 10-34J.s (Constante de Planck)
Para obter o resultado em eV, basta dividir pela carga do elétron 1,6 x 10 19
C:
Maiores detalhes são apresentados na seção “Informações Adicionais”.
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Fique atento às condições de segurança!
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