ESPECTRO ELETROMAGNÉTICO
1. Uma abordagem histórica acerca do Espectro
Eletromagnético:
1.1 - Descoberta: Durante muito tempo, a Luz visível era a única parte
conhecida do espectro eletromagnético.
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Sobre o espectro eletromagnético e aplicações.
Tipologia: Notas de aula
2019
1 / 12
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ESPECTRO ELETROMAGNÉTICO
1. Uma abordagem histórica acerca do Espectro
Eletromagnético:
1.1 - Descoberta: Durante muito tempo, a Luz visível era a única parte
conhecida do espectro eletromagnético.
Os gregos antigos tinham a noção de que a luz viajava a forma de linhas retas, chegando a estudar algumas de suas propriedades, que fazem parte do que atualmente denominamos óptica geométrica. Foi somente nos séculos XVI e XVII que o estudo da luz passou a gerar teorias conflitantes quanto a sua natureza.
A primeira descoberta de ondas eletromagnéticas além da luz visível ocorreu em 1800, quando William Herschel descobriu a radiação infravermelha.
Em seu experimento, Herschel direcionou a luz solar através de um prisma, decompondo-a, e então mediu a temperatura de cada cor. Ele descobriu que a temperatura aumentava do violeta para o vermelho, e que a temperatura mais alta se encontrava logo após o vermelho, numa região em que nenhuma luz solar era visível. Com isso em 1800 Hershel fez outra descoberta importante, Ele havia notado que filtros de diferentes cores deixavam passar quantidade diferentes de calor em suas observações da luz solar, e desejava calcular essa quantidade de calor. Herschel pensava que as cores deveriam ter diferentes temperaturas.
Em seu experimento ele direcionou luz solar, através de um pequeno orifício em um pedaço de papelão, deixou passar uma cor incidente da refração de um prisma de vidro e então mediu a temperatura de cada uma das cores. Herschel usou três termômetros com bulbos pretos (para melhor absorver o calor) e, para cada cor do espectro, posicionou um bulbo em uma cor visível enquanto os outros dois foram posicionados fora do espectro para controle. Conforme ele media a temperatura individual das cores do violeta ao vermelho, ele percebeu que todas as cores tinham temperaturas mais altas que a dos termômetros de controle, e que a temperatura aumentava na direção do sentido vermelho do espectro.
Em 1895 Wilhelm Röntgen percebeu um novo tipo de radiação emitida durante um experimento com um tubo com vácuo sujeito à alta voltagem. Ele chamou essa radiação de raios-X e descobriu que eles eram capazes de atravessar partes do corpo humano mas eram refletidos ou parados por materiais densos, como os ossos, e passaram a ser amplamente usados na medicina.
A última porção do espectro eletromagnético foi completado com a descoberta dos raios gama. Em 1900 Paul Villard estava estudando as emissões radiativas do radium quando ele identificou um novo tipo de radiação que ele primeiramente pensou se tratar de partículas semelhantes às conhecidas partículas alfa e beta, mas com a propriedade de serem bem mais penetrantes que ambas.
Entretanto, em 1910 o físico William Henry Bragg demonstrou que os raios gama eram uma radiação eletromagnética, e não partícula, e em 1914, Ernest Rutherford (que havia nomeado a radiação de raios gamas em 1903 quando percebeu que eles eram fundamentalmente diferentes de partículas alfa e beta) e Edward Andrade mediram seus comprimentos de onda e descobriram que os raios gama eram semelhantes ao raio-x, porém com comprimentos menor e maior frequência.
1.2- O Espectro Eletromagnético e Seus Usos:
O espectro eletromagnético é o intervalo completo da radiação eletromagnética que contém as ondas de rádio, as microondas, o infravermelho, os raios X, a radiação gama, os raios violeta e a luz visível ao olho humano. É subdividido em faixas de frequências das ondas que o compõe, a frequência é dada em potências de dez. A frequência em(Hz) das ondas do espectro visível vão de 4,010^14 a 7,610^14, e o cumprimento de onda em (m) vão de: 3,9*10^-
A luz visível é apenas uma pequena faixa de vibrações eletromagnéticas presentes no espectro eletromagnético. Atmosfera da Terra permite que apenas uma parte dessa radiação seja visível a olho nu. Esse filtro tem um papel muito importante na evolução da vida orgânica na terra.
Ondas Curtas são absorvidas nas camadas atmosféricas e ondas longas são refletidas,é assim que os transmissores terrestres(antenas) tem sucesso ,por exemplo, na radiocomunicação, através das reflexões que as ondas de rádio sofrem na ionosfera terrestre.
Em mecânica quântica discute-se a relação entre cor e brilho de uma chama e sua temperatura, estudo de grande relevancia para o campo da metalurgia.
nota: Entre o comprimento de onda (λ) e frequência (f) é a seguinte relação: f = c / λ
f = frequência de onda em hertz
1.5-Radiação Ultravioleta:
As frequências dessa radiação são superiores às da região visível ao olho humano. Essas radiações são emitidas pelos átomos quando excitados como, por exemplo, em lâmpadas de vapor mercúrio (Hg), acompanhando a emissão de luz. Por não serem visíveis os raios ultravioletas podem causar sérios danos à visão humana.
1.6- Ondas Infravermelhas:
As ondas infravermelhas « abaixo do vermelho » são ondas eletromagnéticas de comprimentos de onda intermediários entre as micro-ondas e luz visível menores do que aqueles das ondas de luz vermelha.
O comprimento de onda dos infravermelhos varia entre 780 e 1 000 nm, 000 nm, isto é, 1 milímetro. Infravermelhos são usados para aquecer o material na indústria automotiva, alimentícia, têxtil, cuidados com o corpo.
Os LEDs utilizados nos controlos remotos de televisão ou outros dispositivos também emitem radiação infravermelha.
Em astronomia, a radiação infravermelha é usada em observação por satélite (IRAS, ISO, Wire, Spitzer, ASTRO-F, Herschel) para ver através das nuvens escuras de poeira que não emitem luz visível.
Quando se olha para um edifício iluminado, visto através da luz refletida nas paredes, mas em uma noite escura, você não vê nada. No entanto, cada corpo quente emite luz, mas não é visível com os nossos olhos. É por isso que as auditorias de economia de energia buscam a perda de calor em edifícios com câmeras de infravermelho (imagem junta).
1.7 - Ultravioleta:
A radiação ultravioleta (UV) é a radiação eletromagnética de comprimento de onda entre o da luz visível e os raios-X
A faixa de radiação UV é muitas vezes subdividida em UVA (400- nm), UVB (315-280 nm) e UVC (280-10 nm). UV-A emitida pelo Sol, quase 95% da radiação UV que atinge a superfície da Terra.
UV-B, responsáveis pelo bronzeamento, têm a atividade biológica significativa, mas não penetra além das camadas superficiais da pele. Parte da energia solar UV-B são filtrados pela atmosfera.
UV-C, são os mais nocivos raios UV, mas são totalmente filtrada pela camada de ozônio da atmosfera e, portanto, não alcançam a superfície da Terra.
As lâmpadas UV-C são usados em laboratório de biologia para esterilizar os quartos ou unidades.
Cerca de 5% da energia do Sol é emitida como radiação UV. A visão dos insetos, como abelhas, amplia o espectro da radiação ultravioleta (UV-A). Black luz ou de Wood (inventor Robert William Wood), é composto de uma luz violeta e ultravioleta (cerca de 375 nm), com um ligeiro pico em torno de 405 nm o que o torna um pouco esclarecedora.
1.9 - Raios Gamma:
Os raios gama são fótons de energia muito alta (para além 100keV) suficiente para remover um elétron de sua órbita.
Eles têm um comprimento de onda muito curto, menos de 5 metros do pico, e pode ser produzido pela desintegração nuclear, especialmente nos seios das estrelas maciças no final da vida.
Eles foram descobertos pelo químico francês Paul Villard (1860- 1934).
Enquanto os raios X são produzidos por transições eletrônicas geralmente causada pela colisão de um elétron com um átomo em alta velocidade, os raios gama são produzidos por transições nucleares.
Os raios gama produzem danos semelhantes aos produzidos por raios-X ou ultravioleta (queimaduras, câncer e mutações genéticas).
Fontes de raios gama que observamos no Universo vêm de estrelas massivas (hypernova) que terminam suas vidas por um colapso gravitacional, levando à formação de uma estrela de nêutrons ou um buraco negro.
2.0 - Diagrama de HertzSprung-Russell:
Diagramas H-R de dois aglomerados abertos M6 e NGC 188, mostrando o desligamento da sequência principal em idades diferentes.
Os diagramas de Hertzsprung-Russell são também chamados pelas abreviações diagrama H-R ou HRD. Eles foram criados por volta de 1910 por Ejnar Hertzsprung e Henry Norris Russell e representam um passo importante em direção ao entendimento da evolução estelar.
2.1- Formas do diagrama:
Há várias formas do diagrama Hertzsprung-Russell e sua nomenclatura não está bem definida. O diagrama original mostrava o tipo espectral das estrelas no eixo horizontal e a magnitude absoluta no vertical. A primeira grandeza (o tipo espectral) é difícil de plotar no gráfico porque não é uma quantidade numérica, e nas versões modernas do gráfico é substituída pelo índice B-V de cores das estrelas. Este é o tipo de diagrama que é frequentemente chamado um diagrama Hertzsprung-Russell ou, mais especificamente, um diagrama cor- magnitude, e é usado por observadores. Em casos em que se sabe que as estrelas estão a distâncias idênticas, como num aglomerado estelar, um diagrama cor-magnitude é usado para fazer o gráfico das estrelas do aglomerado, em que o eixo vertical é a magnitude aparente.
2.2 - O papel do diagrama no desenvolvimento da física
estelar:
A observação do diagrama levou os astrônomos a especular que ele poderia demonstrar a evolução estelar, sendo a principal sugestão a de que as estrelas colapsavam de gigantes vermelhas para estrelas anãs e