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Espectrômetro
Cleir de Souza Silva 21254
Resumo
Este experimento se da através de um espectrômetro e uma lâmpada, seja ela de gás hélio ou de hidrogênio, ambas fornecidas para o experimento, de forma que ao observarmos a luz emitida e captada através da fenda do colimador do espectrômetro será possível constatar a difração dessa luz, para isso também se usam redes de difração prontamente postas na mesa de amostra do aparato. Neste kit Pasco usado para realizar o experimento, estavam a nossa disposição as redes de 300 e 600 linhas por mm. Com o equipamento devidamente ajustado tentaremos obter o comprimento de onda de cada espectro que será encontrado com base nos valores encontrados e através da formula que será descrita logo abaixo na introdução.
Introdução
A física tenta compreender a natureza da luz, porem este é um fenômeno muito complicado e complexo, essa complexidade oferece muitas oportunidades para aplicações. A luz é uma onda eletromagnética composta por fótons, que se propagam em ondas transversais.
Com base na difração, que é o fenômeno no qual a onda eletromagnética sofre uma distorção devido a um obstáculo, este obstáculo pode ser um pequeno objeto que bloqueie uma parte da frente de onda ou uma fenda que limite a frente de onda conforme a necessidade do experimento. As dimensões do objeto ou da abertura para as quais se observa a difração dependem do comprimento de onda: quanto menores as dimensões frente ao comprimento de onda, mais notável é a difração.
Em 1801, Thomas Young provou que a luz é uma onda, para isso ele demonstrou que a luz sofre interferência como às ondas do mar, a ondas sonoras e todos os outros tipos de onda.
No experimento de interferência de Young, a luz monocromática incidente é difratada pela fenda S0, que se comporta como uma fonte luminosa pontual, emitindo frentes de onda semicirculares. Quando a luz chega ao anteparo B, é difratada pelas fendas S1 e S2, que se comportam como duas fontes luminosas pontuais. As ondas luminosas que deixam as fendas S1 e S2 se combinam e sofrem interferência como podemos ver na figura 1, formando um padrão de interferência composto de máximos e mínimos, na tabela de observação C.
Figura 1 Fonte: www.ebah.com.br
Figura 2, a fotografia é uma visão frontal da parede da tela C. Os máximos e mínimos são chamados de franja de interferência porque lembram as franjas de linha que existem em muitas http://profs.ccems.pt/PauloPortugal/CFQ/Fsica_Moderna/Onda_Corpsculo.htm colchas e tapetes. Fonte:
podem ser usadas para determinar o comprimento de onda da luz. A figura 4 mostra a rede idealizada.
Figura 4 fonte www.ebah.com.br
A radiação visível é a mais importante, é aquela que podemos perceber através dos nossos olhos, ela esta numa faixa de frequência compreendida entre 4,6 x 1014 Hz e 6,7 x 1014 Hz, esta entre a radiação infravermelha e a ultravioleta. É subdividida em seis intervalos que definem as cores básicas assim como mostra a Figura 5
Figura 5. Fonte: A matemática e a realidade
Descrição do experimento
Para a realização deste experimento foi utilizado um espectrômetro óptico de rede de difração, da marca Pasco Scientific modelo SP 9268ª como o da figura 6, com exceção do prisma.
Figura 6. Espectrômetro de bancada e seus componentes. Fonte professor.ufabc.edu.br
Para as medidas no espectrômetro o mesmo possui uma escala de vernier, que marca em graus e minutos deslocados em relação ao referencial, sendo tal escala da seguinte forma:
Figura 7. Escala vernier, fonte roteiro experimental professor Sandro.
Para este experimento foram usadas duas redes de difração, uma com 300 e outra com 600 ranhuras por mm. Primeiro, com muito cuidado colocamos a rede de 300 linhas/mm na mesa de amostra, em seguida fomos girando à direita o telescópio e a cada vez que foi avistado um espectro travávamos o telescópio e anotávamos o ângulo da escala de vernier. Este método se repetiu também para o lado esquerdo e para a outra rede de difração.
Figura 10, lâmpada de hidrogênio, fonte: acervo pessoal.
Somente a titulo de curiosidade, também testamos o aparato com a lâmpada de gás hélio, o fenômeno ocorre da mesma forma, porem, aparentemente através desta lâmpada a nitidez do espectro parece ser maior, as raias ficaram mais fáceis de ser observadas.
Figura 11. Espectro emitido sob o uso da lâmpada de Hélio. Fonte Carol.
Resultados
Através dos dados coletados e usando a equação 2, foi possível determinar o comprimento de onda para cada raia.
Tabela 1. Para rede de difração de 300 linhas/mm
Sendo θ o ângulo encontrado para cada raia e d o tamanho da ranhura, que no caso será de 3,3 x m para a rede de 300 linhas por mm e 1,6 x m para a rede de difração de 600 linhas por mm.
Os valores teóricos fornecidos pelo manual Pasco são:
Cores Comprimento de onda λ (A) Vermelho 4300 Violeta 4900 Azul 6700
Os valores teóricos não condizem com os dados adquiridos pelo experimento, porem não estão muito longe do valor teórico. Fato este que pode se tratar de falta de pericia ao operar o equipamento ou o excesso de iluminação no ambiente, entre outros.
Ordem
Cor da linha Θ (°) λ (Å) 1° Violeta 7,33±0,02 4224 ± 1° Azul 8,17±0,02 4686 ± 1° Vermelho 11,51±0,02 6567 ± 2° Violeta 14,42±0,02 4125 ± 255 2° Azul 16,67±0,02 4702 ± 2° Vermelho 22,58±0,02 6336 ±
Tabela 2. Para rede de difração de 600 linhas/mm 1° Violeta 15,33±0,02 4224 ± 1° Azul 16,17±0,02 4448 ± 1° Vermelho 23,33±0,02 6336 ± 2° Violeta 33,17±0,02 4376 ± 2° Azul 36,33±0,02 4736 ± 2° Vermelho 54,68±0,02 6528 ±
