“Vendo o invisível” utilizando materiais simples e de baixo custo Daniel Micha1,2,3,4,Germano Penello2,3,4, Rudy kawabata2,4, Teo Camarotti2,4 1Centro Federal de Educação Tecnológica Celso Suckow da Fonseca UnED Petrópolis – RJ 2Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia de Nanodispositivos Semicondutores – CNPq - Brasil 3Instituto de Física – Universidade Federal do Rio de janeiro – RJ 4Laboratório de Semicondutores – CETUC – PUC - RJ 1 - Introdução II – Aplicações secundárias A luz que enxergamos é apenas parte de um amplo espectro de radiação existente na natureza. Nossa visão é limitada à radiação na faixa de comprimentos de onda entre 400 e 700 nm, denominada luz, mas existem diversas aplicações que utilizam as radiações invisíveis fora dessa faixa. Exemplos cotidianos são o forno de microondas, aparelhos de raio-X, rádio, TV, etc. Aplicações secundárias com a radiação infravermelha são aquelas que utilizam a radiação advinda do processo de interação com um corpo ou material. Como exemplo podemos citar a detecção de gases. Todo gás absorve radiação. Isso se deve ao fato de que, com a absorção da energia contida na radiação, há uma excitação nos graus de liberdade internos das moléculas do gás. Como a estrutura geométrica das moléculas de cada gás é diferente, a radiação absorvida também será diferente. Por esse motivo, cada gás tem um espectro de absorção único, que o caracteriza. Geralmente, os espectros de absorção dos gases possuem peculiaridades no infravermelho. Dessa forma, detectando a radiação infravermelha transmitida, é possível identificar o tipo e a quantidade de gás presente em um ambiente. A radiação infravermelha tem diversas aplicações em nosso cotidiano. Dentre as mais comuns podemos citar os sensores de presença, controle remoto em TV e videogames, câmeras de imageamento térmico e de visão noturna, etc. Neste trabalho mostraremos um jeito interessante de visualizar a radiação infravermelha detectada por uma câmera digital de computador (webcam). Para atingir esse propósito, a webcam deve ser alterada, já que originalmente ela não detecta esse tipo de luz. 3 – Detectando a luz infravermelha A câmera digital (webcam) 2 – Aplicações com infravermelho Uma câmera digital é um sistema de imageamento que utiliza um material semicondutor – o silício – para a captação da luz. Esse material possui um espectro de absorção de radiação que possibilita sua utilização em diversas aplicações. Isto se dá pelo fato de captar tanto a luz visível (400 – 700 nm) quanto o infravermelho próximo (700 – 1400 nm). I – Aplicações primárias Aplicações primárias com a radiação infravermelha são aquelas que utilizam diretamente sua interação com o detector. Dentre elas podemos citar os sensores de presença, o controle remoto e as câmeras de imageamento térmico e noturno. O uso dessas aplicações se dá em diversas áreas do conhecimento humano: medicina, astronomia, meteorologia, militar, engenharias, etc. 4 Uma câmera digital convencional possui um filtro de infravermelho para que essa radiação não atinja o sistema de imageamento e interfira na imagem. Para que a câmera volte a ser sensível à essa radiação, devemos remover o tal filtro. A remoção do filtro da câmera é um processo simples. Após a abertura do invólucro, deve-se separar a parte eletrônica (CCD e placa) da parte óptica (sistema de lentes). Isolado o sistema de lentes, deve-se retirar seus componentes do suporte (como fazer isso vai depender de cada câmera), prestando bastante atenção à ordem em que estão montados. Um desses componentes será o filtro de infravermelho. Monte novamente o sistema de lentes, na mesma ordem observada anteriormente, sem colocar esse filtro. Feche a câmera. (a) (b) (c) (d) A imagem térmica de um corpo é baseada na detecção da radiação emitida por ele. Todo corpo a uma determinada temperatura T emite um espectro de radiação característico. Através da informação da quantidade e da qualidade da radiação detectada, pode-se inferir a temperatura de um corpo. Experimento II 4 – Os experimentos "Vendo o invisível” Material utilizado: -Câmera digital de computador com saída USB (webcam); -Filtro de luz visível: Interior de um disquete floppy de 3,5” ou negativo de máquina fotográfica;; -Fonte térmica de luz branca (lanterna); -Colimador (cartolina preta com um furo quadrado); -Elemento de difração ou dispersão da luz branca: CD, DVD, grade de difração ou prisma; -Anteparo; -Computador. Os experimentos que realizamos são situações cotidianas observadas com a câmera digital alterada. Por serem feitos dessa forma, consegue-se captar a radiação infravermelha geralmente não observada, o invisível. Experimento I Material utilizado: - Câmera digital de computador com saída USB (webcam); - Filtro de luz visível: Interior de um disquete floppy de 3,5” ou negativo de máquina fotográfica; -Diodo emissor de luz (LED) infravermelho (pode ser um controle remoto); -Computador. Neste experimento, dispersamos a radiação proveniente de uma fonte de luz branca com um elemento dispersivo, como por exemplo um DVD ou CD. Projetamos a radiação dispersada em um anteparo neutro (de cor branca e bom refletor). Aponta-se a câmera digital alterada para o anteparo e a imagem que se verá será as cores do arco-íris e uma mancha branca após o vermelho. A olho nu, essa mancha não é visível. Portanto, estamos vendo o invisível na tela do computador. Ao colocar-se um filtro de luz visível na frente da fonte, o que se verá é o desaparecimento das cores visíveis e a permanência da mancha branca. Isso comprova mais uma vez a existência de outro tipo de radiação que não vemos – o infravermelho. 1 O primeiro experimento é a visualização da radiação infravermelha emitida por um controle remoto. Para que a câmera digital somente capture a radiação infravermelha, é colocado a sua frente um filtro de luz visível. Esse filtro pode ser simplesmente o interior de um disquete floppy 3,5’’. Com a câmera digital alterada conectada ao computador, observa-se a imagem formada quando aciona-se um botão do controle remoto. 2 Referências: [1] Micha, D N, Penello, G M, Kawabata, R M S, Camarotti, Teo, Submetido para Revista Brasileira de Ensino de Física, 3 Apresentado na SNC&T 2010