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relatório experimental
Tipologia: Provas
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Figura 1 : Espectros de Emissão e de Absorção, advindos de uma fonte térmica e de um gás aquecido. Anos mais tarde, Fraunhofer conseguiu observar algumas dessas linhas escuras no espectro solar, na qual possuíam comprimentos de onda característicos de certos átomos. E em 1861, Kirchhoff e Bunsen demonstraram que as linhas observadas por Fraunhofer eram causadas pela absorção de luz pelos átomos em comprimentos de onda específicos. Então, podemos concluir que os átomos hora emitem hora absorvem radiação em comprimentos de onda específicos associados com cada elemento.
Então em resumo podemos dizer que, quando fornecemos energia a um elétron de um determinado elemento, este pode “saltar” para um nível superior de energia e que ao retornar ao seu estado inicial emitirá luz. Assim como a luz, toda radiação eletromagnética possui uma frequência e que a partir desta podemos determinar seu comprimento de onda. Entretanto, esta energia fornecida ao átomo para que ele altere o seu estado, ocorre somente em algumas frequências específicas o que torna singular, a emissão característica de cada material. Portanto, cada átomo é capaz de emitir ou absorver radiação eletromagnética. E para fornecermos energia aos elétrons de um determinado material, podemos aquecê-lo em sua forma gasosa. Assim, este elemento poderá emitir radiação em dadas frequências do espectro visível, caracterizando seu espectro de emissão.
De acordo com as leis de difração teremos padrões de interferência quando:
Onde “n” corresponde a ordem de difração que está sendo observada. Para o Mercúrio
(Hg), temos: Linhas do espectro visível do Hg
COR λ(nm) VERMELHA 690 VERMELHA 624 VERMELHA 611 VERMELHA 608
Figura 2 : Arranjo experimental com a lâmpada de mercúrio.
Conectamos caixa luminosa com a lâmpada de Hg à fonte de alimentação, como mostra a Figura 2. Ligamos a lâmpada e aguardamos cerca de dois minutos para que a mesma estabilizasse. Antes de iniciar as medidas verificamos se o espectrômetro está alinhado do seguinte modo:
Medimos os ângulos para as outras raias indicadas na Tabela 1, e determinamos os comprimentos de onda correspondentes. Comparamos os resultados que obtidos com os dados fornecidos no roteiro, indicando o erro percentual em cada caso. Repetimos o procedimento anterior para as raias de segunda ordem e anotamos na Tabela 2. A energia de excitação deve ser obtida pela média das distâncias entre os mínimos no gráfico. O valor dessa energia, dado na literatura, é de 4,88 eV.
Tabela 1. Resultados experimentais para o Hg (primeira ordem).
Raia
Ângulo
θ (^) o θ (^) i Δθ^ λ^ (nm)^ Erro (%)
Utilizamos o espectrógrafo com a rede de difração de 600 linhas/mm (nominal). Medimos o ângulo “zero” para o máximo central de luz e anotamos na Tabela 3. Medimos o ângulo para a raia azul, a mais intensa, cujo comprimento de onda corresponde a 435,84 nm. Determinamos o espaçamento da rede, d , sabendo que = d sen.
Tabela 3. Resultados experimentais para o Hg (rede de 600 linhas/mm).
Raia
Ângulo λ (nm) d (1/mm)
Nº d
θ (^) o θ (^) i Δθ linhas/
Azul (à direita) 360º 340,39º 19,21º 435,84 546,07 606,
Azul (à esquerda) 0º 19,20º 19,20º 435,84 546,07 606,
Medimos os ângulos para as outras raias indicadas na Tabela 4, e determine os comprimentos de onda correspondentes. Compare os resultados que você obteve com os dados fornecidos no roteiro, indicando o erro percentual em cada caso.
Tabela 4. Resultados experimentais para o Hg (rede de 600 linhas/mm).
Raia
Ângulo
θ (^) o θ (^) i Δθ^ λ^ (nm)^ Erro (%)
Vermelha xxxxxxxx xxxxxxxx xxxxxxxx xxxxxxxx xxxxxxxx
Vermelha xxxxxxxx xxxxxxxx xxxxxxxx xxxxxxxx xxxxxxxx
Vermelha xxxxxxxx xxxxxxxx xxxxxxxx xxxxxxxx xxxxxxxx
Vermelha xxxxxxxx xxxxxxxx xxxxxxxx xxxxxxxx xxxxxxxx
Amarela 360º 339,32º 20,28º 582,77 0,
Amarela 360º 339,30º 20,30º 583,68 1,
Verde 360º 339,42º 19,18º 550,86 0,
Azul-Verde xxxxxxxx xxxxxxxx xxxxxxxx xxxxxxxx xxxxxxxx
Azul-verde 360º 342,30º 17,30º 501,18 1,
Azul xxxxxxxx xxxxxxxx xxxxxxxx 435,84 xxxxxxxx
Violeta xxxxxxxx xxxxxxxx xxxxxxxx xxxxxxxx xxxxxxxx
Tendo à disposição o arranjo experimental, e os demais aparatos necessários para execução da mesma no laboratório, seguimos fielmente o roteiro, assim bem como ele nos pede fizemos a s devidas ligações e calibragens para podermos seguir com o experimento. Assim partindo para o primeiro procedimento, observação do espectro do mercúrio em várias ordens, na qual nos pedia que calculássemos o “ângulo-zero”, para o máximo central de luz, e fora anotado da Tabela 1, posteriormente calculamos os comprimentos de onda e os erros percentuais, uma vez que tínhamos que comparar os comprimentos de onda obtidos com os fornecidos no roteiro desta prática, e que a partir desta comparação fizemos a análise afim de obter o erro percentual. Então repetimos novamente todos estes procedimentos e preenchemos dos dados da Tabela 2. Então seguimos com a execução da prática, já no segundo procedimento, estudo do espectro do Hg com uma rede de 600 linhas/mm, novamente medimos o “ângulo-zero”, e anotamos na Tabela 3, então medimos o ângulo para a raia Azul, observada à direita quanto observada à esquerda, também calculamos o espaçamento médio que fora obtido equivalente 606 mm. Então medimos para os demais ângulos e preenchemos a Tabela 4. Assim em resumo na primeira parte verificamos que de fato, a luz emitida pelos átomos de um material é constituída de vários comprimentos de onda (raias), com o auxílio de uma rede de difração d = 300 linhas/mm para dois máximos consecutivos de intensidade n=1 e n=2. Os erros obtidos para esse procedimento orbitaram entre 2% a 6% para os dois máximos, mostrando a precisão o do goniômetro e do vernier. Na segunda parte determinamos o número de linhas de uma rede de difração de 600 linhas/mm experimentalmente, com uma aproximação de 606 linhas/mm. Com essa rede também determinou-se os diferentes comprimentos de onda do espectro de
mercúrio (Hg). Os erros obtidos estiveram entre 1% `a 9%, causa esta devida à diminuição de máximos observados, como visto na questão 05. Os dados preenchidos por “XXXXX”, são referentes às raias na qual fomo orientados a não fazer.
Onde a frequência é igual a:
E o momento de uma partícula relativística é dado por:
R: Se tomarmos a energia de um fóton em função do comprimento de onda, podemos relacionar com os comprimentos de onda medidos nos experimentos
da relação acima a energia ´e inversamente proporcional ao comprimento de onda, logo se tomarmos uma raia com comprimento de onda pequeno a energia será grande, o que podemos encontrar na raia Violeta (mm) e a menor energia no Vermelho Fraca ( nm)
R: Podemos tomar a Equação 1 e analisar para um mesmo ˆangulo as duas emissões:
Dividindo as duas equações podemos obter uma relação entre os os máximos de difração: Podemos concluir que a se usarmos uma rede de difração 1/800 mm teremos menos máximos de intensidade do que se usarmos 1/600 mm.
Quando falamos em Espetros Atômicos, rapidamente nos vem à cabeça, o fato da luz atravessar um prisma e então se decompor nas 7 cores nas quais compõem o arco-íris, este mesmo fenômeno é válido para os átomos. Quando pomos um dado gás por exemplo, em um recipiente em baixa pressão e aplicamos uma corrente elétrica, que é semelhante à uma tempestade de elétrons, a corrente quebra as moléculas desse gás e excita os átomos livres fazendo com que ele alcance uma quantidade de energia muito alta, porém esses átomos rapidamente liberam essa energia e voltam a formar a moléculas. Quando esses átomos liberam essa energia eles emitem radiação eletromagnética, e ao passarem pelo prisma verifica-se que a frequência da luz emitida tem um número certo de linhas, que são chamadas de linhas espectrais e assim nos permite fazer estudo. Então dispondo do arranjo experimental, conseguimos fazer estudo dos espectros atômicos para átomos de mercúrio a partir do uso de diferentes redes de difração, como também nos possibilitou determinar o comprimento de onda das linhas do espectro do mesmo. A prática se apresentou como um leque de possibilidades de estudos, tornando possível também determinar o espaçamento de uma rede de difração tomando a condição de “Difração de Bragg”, na qual a equação nos é mostrada no roteiro da mesma. A precisão, dos resultados é resultado de uma boa calibragem, e que devido a nossa imperícia com as aparelhagens, ao analisar os erros percentuais para as redes de difração tanto para de 300 linhas/mm, quanto para a de 600 linhas/mm, notamos que estes resultados são acetáveis, pois não excedem a 10%. Toda via, mesmo que não possamos aplicar diretamente a teoria para átomos mais pesados, pudemos ver que a característica de
quantização é universal e percebível em níveis do universo atômico.
