Ciências da Natureza e suas Espectro Eletromagnético,

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1 Ciências da Natureza e suas Espectro Eletromagnético,
Tecnologias - Física Ensino Médio – 3ª Série Espectro Eletromagnético, experimento de Young

2 Radiação ou Onda Eletromagnética
Física - 3º Ano Espectro Eletromagnético, experimento de Young Radiação ou Onda Eletromagnética Desde a elaboração das leis de Maxwell até hoje, tem ocorrido uma grande evolução no estudo das ondas eletromagnéticas. (1) Imagem: P.wormer / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported.

3 Espectro Eletromagnético, experimento de Young
Física - 3º Ano Espectro Eletromagnético, experimento de Young Hoje nós temos conhecimento desses vários tipos de ondas, mas todas possuem a mesma natureza, isto é, são formadas por campos elétricos e campos magnéticos oscilantes. (2) As ondas eletromagnéticas são ondas transversais, portanto ,podem ser polarizadas. A velocidade de propagação, no vácuo, de uma onda eletromagnética é m/s. Imagem: quentin747 / Creative Commons Attribution 2.0 Generic

4 O Espectro Eletromagnético
Física - 3º Ano Espectro Eletromagnético, experimento de Young O Espectro Eletromagnético Estamos imersos num emaranhado de ondas eletromagnéticas, tais como raio x, ondas de rádio, radiação ultravioleta, micro-ondas e luz visível . A maior fonte de radiação eletromagnética é o Sol, sem ele, a vida na Terra seria impossível. Imagem: NASA Goddard Laboratory for Atmospheres / public domain.

5 Física - 3º Ano Espectro Eletromagnético, experimento de Young O que diferencia uma onda eletromagnética da outra é a sua frequência ou seu comprimento de onda. Imagem: P.wormer / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported. Comprimento de onda é a distância entre dois vales consecutivos ou entre duas cristas consecutivas (λ).

6 Física - 3º Ano Espectro Eletromagnético, experimento de Young Quando os vários tipos de ondas eletromagnéticas são ordenadas levando-se em conta sua frequência, ou seu comprimento de onda, o arranjo obtido é chamado de espectro eletromagnético. A palavra espectro foi usada pela primeira vez por Isaac Newton, quando observou a passagem da luz branca por um prisma e viu a sua decomposição nas sete cores. Imagem: D-Kuru / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Austria

7 Espectro Eletromagnético, experimento de Young
Física - 3º Ano Espectro Eletromagnético, experimento de Young As ondas eletromagnéticas no vácuo têm a mesma velocidade; modificam sua frequência de acordo com a espécie e, consequentemente, com o comprimento de onda. (3) Imagem: Horst Frank / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported

8 Física - 3º Ano Espectro Eletromagnético, experimento de Young Fisicamente, não há intervalos no espectro. Podemos ter ondas de quaisquer frequências que são idênticas na sua natureza, diferenciando-se no modo como podemos captá-las. (4) Em seguida, vamos aprender um pouco mais sobre as variações neste espectro!

9 1- Ondas de Rádio Física - 3º Ano
Espectro Eletromagnético, experimento de Young 1- Ondas de Rádio São ondas eletromagnéticas de frequências muito pequenas, até 1012 Hz .As ondas de rádio são geradas por osciladores eletrônicos instalados geralmente em um lugar alto, para atingir uma maior região. Emprega-se o termo"ondas de rádio" para as micro-ondas, as ondas de TV, as ondas curtas, as ondas longas e as próprias bandas de AM e FM. (5) Imagem: Autor Desconhecido / do livro de Stuart Ballantine (1922) Radiotelephony for Amateurs, 2nd Ed., David McKay Co., USA / Public Domain.

10 Física - 3º Ano Espectro Eletromagnético, experimento de Young Uma antena transmissora submetida a uma corrente alternada gera ondas de rádio. As ondas de rádio, de frequência entre 104 e 107 Hz, são bem refletidas facilmente pela ionosfera, o que permite que as ondas sejam captadas a grandes distâncias; elas têm comprimento de onda muito grandes e podem se difratar. (6)

11 Física - 3º Ano Espectro Eletromagnético, experimento de Young Com frequência de  108 Hz e comprimento de onda de 1m, temos ondas de TV, as quais não são refletidas pela ionosfera; para serem captadas, são necessárias estações repetidoras (75 km). Observe que algumas frequências de TV podem coincidir com a frequência de FM. Isso permite algumas vezes captar uma rádio FM na televisão, ou captar um canal de TV num aparelho de rádio FM. (7) Imagem: National Oceanic and Atmospheric Administration / Public Domain.

12 Física - 3º Ano Espectro Eletromagnético, experimento de Young A telefonia celular é uma tecnologia usada para conseguir melhores resultados no emprego das frequências de rádio que se encontram disponíveis, ou seja, aquelas que não são usadas pela TV ou pelas estações de rádio. As frequências são reutilizadas a distâncias relativamente curtas . Para se reutilizarem as frequências, usa-se o seguinte procedimento: uma determinada área é dividida em células em formato hexagonal que possui, cada uma delas, um conjunto de frequências diferentes da área vizinha. (8) Imagem: Andrew pmk / Creative Commons Attribution-Share Alike 2.5 Generic.

13 Espectro Eletromagnético, experimento de Young
Física - 3º Ano Espectro Eletromagnético, experimento de Young Assim, as células próximas podem usar uma mesma frequência sem que haja interferência. Uma vez feita a ligação, o usuário pode se deslocar para qualquer ponto que a mudança de uma célula para outra ocorrerá de forma automática. (9) Imagem: Gavigan / GNU Free Documentation License.

14 Física - 3º Ano Espectro Eletromagnético, experimento de Young 2- Micro-ondas As micro-ondas são geradas em válvulas eletrônicas especiais. Sua vantagem sobre as ondas de radio é que, devido às altas frequências, podem carregar mais informações, já que a quantidade de informação transmitida é proporcional à frequência. Ela é uma radiação não ionizante; seus efeitos são estritamente térmicos, o que não altera a estrutura molecular do material. Imagem: Pplecke / Public Domain.

15 Física - 3º Ano Espectro Eletromagnético, experimento de Young Atenção! 1-O forno de micro-ondas opera numa frequência de 2, Hz. O aquecimento dos alimentos ocorre por causa da excitação das suas moléculas. Esta excitação ocorre basicamente nas moléculas de água que os alimentos possuem. Quando sujeita a uma radiação, a molécula de água absorve a energia das ondas eletromagnéticas. Imagem: Mk2010 / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported.

16 Espectro Eletromagnético, experimento de Young
Física - 3º Ano Espectro Eletromagnético, experimento de Young 2- O Radar funciona por emissão e reflexão de micro-ondas Imagem: U.S. Air Force / Public Domain.

17 3- Infravermelho Física - 3º Ano
Espectro Eletromagnético, experimento de Young 3- Infravermelho Cerca de 60% da radiação emitida pelo Sol situa-se na faixa do infravermelho. Essa radiação é originada da agitação térmica das partículas que constituem os corpos. Em decorrência dessa agitação, as cargas elétricas dos átomos e moléculas oscilam e emitem radiação eletromagnética, geralmente associada a calor. Os raios infravermelhos desempenham um papel muito importante na Natureza. Eles são os responsáveis pela troca de energia térmica através do espaço, inclusive no vácuo. O transporte de energia necessário para a vida, por exemplo, do Sol até à Terra ocorre unicamente através das radiações infravermelhas Imagem: Nevit Dilmen / GNU Free Documentation License.

18 Curiosidades!! Física - 3º Ano
Espectro Eletromagnético, experimento de Young Curiosidades!! 1- Os controles remotos funcionam na frequência do infravermelho. 2- Em medicina, a radiação infravermelha tem amplo uso terapêutico, sendo empregada no tratamento de algumas doenças; ela penetra na pele, onde sua energia é absorvida pelos tecidos e espalhada pela circulação do sangue. (10) Imagem: Julo / Public Domain.

19 4- Luz visível Física - 3º Ano
Espectro Eletromagnético, experimento de Young 4- Luz visível A luz visível é uma onda eletromagnética que, ao penetrar em nossos olhos, sensibiliza a retina e provoca a sensação visual. Essas ondas, como qualquer outra radiação eletromagnética, são originadas por cargas elétricas oscilantes. Imagem: Horst Frank / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported

20 Experiência de Young Física - 3º Ano
Espectro Eletromagnético, experimento de Young No início do século XIX, foi realizada um experiência a respeito da natureza da luz. Descobriu-se que, quando uma onda atravessa duas fendas, as duas partes da onda se curvam, dando origem duas novas ondas, que quando se encontram, sofrem interferência. Experiência de Young O físico inglês Thomas Young elaborou uma experiência para provar se isso se aplicava a luz Imagem: Савенок Д. / Creative Commons Attribution 3.0 Unported. Luz Solar

21 Física - 3º Ano Espectro Eletromagnético, experimento de Young Na experiência, são utilizados três anteparos: o primeiro composto por uma fenda, onde ocorre difração da luz incidida; o segundo, com duas fendas, postas lado a lado, causa novas difrações; no último, são projetadas as manchas causadas pela interferência das ondas resultantes da segunda difração. Esse experimento – considerado um dos mais belos e importantes experimentos da Física – provou a natureza ondulatória da luz.

22 Física - 3º Ano Espectro Eletromagnético, experimento de Young Até aqui as radiações estudadas são não ionizantes. Vamos estudar agora as radiações ionizantes. 5- Ultravioleta A radiação ultravioleta é uma radiação ionizante que tem comprimento de onda menor que o da luz violeta visível. O Sol emite grande quantidade de radiação ultravioleta, cuja maior parte é absorvida na atmosfera superior pela camada de ozônio que envolve a Terra. Imagem: Anakin101 / Public Domain.

23 Espectro Eletromagnético, experimento de Young
Física - 3º Ano Espectro Eletromagnético, experimento de Young Essa radiação ocasiona também, na pele humana, uma pigmentação escura. Imagem: Balder777 / Public Domain. Lâmpadas fluorescentes e de vapor de sódio emitem radiação ultravioleta. A radiação ultravioleta é fundamental para o crescimento das plantas.

24 Espectro Eletromagnético, experimento de Young
Física - 3º Ano Espectro Eletromagnético, experimento de Young Para proteger a pele da radiação ultravioleta, é preciso o uso de protetores solares que podem ser de dois tipos: 1- Aqueles que, por conterem compostos orgânicos (como o oxibenzeno); absorvem a radiação. 2- Aqueles que refletem, através de materiais opacos, a luz (como o dióxido de titânio, o óxido de zinco). Tipicamente, materiais absortivos são chamados de bloqueadores químicos; já os materiais opacos, de bloqueadores minerais ou físicos. Imagem: Stilfehler / GNU Free Documentation License.

25 Física - 3º Ano Espectro Eletromagnético, experimento de Young 6- Raios X Quando um feixe de elétrons em movimento muito rápido atinge um alvo metálico, uma radiação é emitida. Essa radiação é denominada raio x, ondas eletromagnéticas com frequências ainda maiores do que as da radiação ultravioleta. Imagem: Rotemdan / Public Domain.

26 Espectro Eletromagnético, experimento de Young
Física - 3º Ano Espectro Eletromagnético, experimento de Young Os raios X foram descobertos em 1895 pelo físico alemão Wilhelm Röntgen. Eles têm frequência alta e possuem muita energia, são capazes de atravessar muitas substâncias, embora sejam detidos por outras, principalmente pelo chumbo. (11) Quando os raios x passam através da matéria sólida, liquida ou gasosa ionizam átomos e moléculas. Eles possuem alto poder de penetração, são altamente ionizantes e afetam a estrutura celular . Creative Commons Attribution 3.0 Unported. Imagem: Michael Müller-Hillebrand /

27 Espectro Eletromagnético, experimento de Young
Física - 3º Ano Espectro Eletromagnético, experimento de Young Nós conhecemos as aplicações dos raios X na medicina, em radiografias e curas de certas moléstias. Mas eles têm muitas aplicações na técnica e na pesquisa em Física. Eles contribuem para o conhecimento da estrutura da matéria e, por mio deles, se consegue provar a estrutura reticular dos cristais. Em Mineralogia, a aplicação dos raios X é tão intensa que foi criada dentro dela uma especialização chamada “Ótica Cristalográfica”, que trata das propriedades dos cristais reveladas por raios X. (12) A tomografia computadorizada é uma aplicação dos Raios X Kriplozoik / public domain

28 Física - 3º Ano Espectro Eletromagnético, experimento de Young 7- Raios Gama Os raio gama e os raios x e são praticamente indistinguíveis, a única distinção entre eles está na origem da radiação. Se, nos raios x, a radiação é originada pela transição de elétrons nas camadas mais internas dos átomos, nos raios gama, a origem da radiação reside em processos de fissão, fusão e decaimento radioativo. Explosões cósmicas de raios gama. Imagem: NASA/Goddard Space Flight Center / Public Domain.

29 Física - 3º Ano Espectro Eletromagnético, experimento de Young Raios gama são radiações ionizantes e podem interagir com moléculas de tecido vivo, além de possuir altíssimo poder de penetração. Devido à sua elevada energia, a radiação gama pode causar danos ao núcleo das células, por isso é usada para esterilizar equipamentos médicos e na descontaminação de produtos alimentícios. Além disso, eleva a vida útil do produto, aumentando assim o seu tempo na prateleira. (13)

30 Física - 3º Ano Espectro Eletromagnético, experimento de Young EXERCÍCIOS 1- As radiações infravermelhas são emitidas por qualquer objeto a uma determinada temperatura, sendo a emissão tanto mais intensa quanto mais aquecido estiver o objeto. Sobre as radiações infravermelhas, é correto afirmar que: A) são responsáveis pelo bronzeamento da pele quando exposta ao Sol; B) são ondas longitudinais emitidas por corpos aquecidos; C) se deslocam-se à velocidade da luz, no vácuo; D) possuem frequência maior que da luz vermelha; E) são bloqueadas pela camada de ozônio presente na atmosfera. RESPOSTA C

31 Física - 3º Ano Espectro Eletromagnético, experimento de Young 2-Considere um equipamento capaz de emitir radiação eletromagnética com comprimento de onda bem menor que a radiação ultravioleta. Suponha que a radiação emitida por esse equipamento foi apontada para um tipo específico de filme fotográfico e entre o equipamento e o filme foi posicionado o pescoço de um indivíduo. Quanto mais exposto à radiação, mais escuro se torna o filme após a revelação. Após acionar o equipamento e revelar o filme, evidenciou-se a imagem mostrada na figura abaixo. (14) Jojo / GNU Free Documentation License

32 RESPOSTA B Física - 3º Ano
Espectro Eletromagnético, experimento de Young Dentre os fenômenos decorrentes da interação entre a radiação e os átomos do indivíduo que permitem a obtenção desta imagem inclui-se a: (15) (A) absorção da radiação eletromagnética e a consequente ionização dos átomos de cálcio, que se transformam em átomos de fósforo. (B) maior absorção da radiação eletromagnética pelos átomos de cálcio que por outros tipos de átomos. (C) maior absorção da radiação eletromagnética pelos átomos de carbono que por átomos de cálcio. (D) maior refração ao atravessar os átomos de carbono que os átomos de cálcio. (E) maior ionização de moléculas de água que de átomos de carbono. RESPOSTA B

33 Momento para discussão em grupo!!
Física - 3º Ano Espectro Eletromagnético, experimento de Young Momento para discussão em grupo!! 1- Posicionar um controle remoto frente a uma câmera digital e indagar por que conseguimos ver seu funcionamento, o que não ocorre a olho nu. 2- Exibir uma chapa de raio x e outra de tomografia computadorizada e estabelecer um debate sobre as duas tecnologias (semelhanças e diferenças).

34 Tabela de Imagens Slide Autoria / Licença Link da Fonte Data do Acesso
2 e 5 P.wormer / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported. 28/03/2012 3 quentin747 / Creative Commons Attribution 2.0 Generic 21/03/2012 4 NASA Goddard Laboratory for Atmospheres / public domain 6 D-Kuru / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Austria 7 e 19 Original Horst Frank, with some modifications by Jailbird. Tradución da versión de Alebergen / Creative Commons. 9 Autor Desconhecido / do livro de Stuart Ballantine (1922) Radiotelephony for Amateurs, 2nd Ed., David McKay Co., USA / Public Domain. 11 National Oceanic and Atmospheric Administration / Public Domain.

35 Tabela de Imagens Slide Autoria / Licença Link da Fonte Data do Acesso
12 Andrew pmk / Creative Commons Attribution-Share Alike 2.5 Generic. 28/03/2012 13 Gavigan / GNU Free Documentation License. 14 Pplecke / Public Domain. 15 Mk2010 / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported. 16 U.S. Air Force / Public Domain. 17 Nevit Dilmen / GNU Free Documentation License. 18 Julo / Public Domain. 21/03/2012 20 Савенок Д. / Creative Commons Attribution 3.0 Unported. 22 Anakin101 / Public Domain. 23  Balder777 / Public Domain. 24 Stilfehler / GNU Free Documentation License. 25 Rotemdan / Public Domain. 29/03/2012

36 Tabela de Imagens Slide Autoria / Licença Link da Fonte Data do Acesso
26 Michael Müller-Hillebrand / Creative Commons Attribution 3.0 Unported. 29/03/2012 27 Kriplozoik / public domain 22/03/2012 28 NASA/Goddard Space Flight Center / Public Domain. 31 Jojo / GNU Free Documentation License