Fsica das Radiaes: Uma Proposta para o Ensino Mdio

Bloco 1 2

Conhecendo as Radiaes

Voltemos a aquela narrativa inicial: Voc acorda com o despertador. A luz do Sol entra

pela janela enquanto voc pula da cama, toma um banho, se veste e desce para tomar caf.

Na cozinha, coloca duas fatias de po na torradeira e esquenta uma xcara de caf no forno de

microondas. Enquanto espera, d uma olhada nos bilhetes presos geladeira por pequenos

ms. Estamos o tempo inteiro sendo bombardeados por radiaes de todos os lados,

algumas delas perceptveis aos nossos sentidos, como por exemplo, a luz, enquanto outras

praticamente passam despercebidas. O Sol que entra pela janela representa uma forma de

radiao que comumente chamamos de radiao solar. J ao colocarmos as fatias de po na

torradeira estamos utilizando a radiao infravermelha para prepar-las ao nosso gosto, ou

seja, deix-las torradinhas. No aparelho de microondas temos a gerao das microondas que

permitem aquecer a substncia no interior do aparelho, deixando, por exemplo, o caf, do

jeitinho que queremos, isto , bem quentinho.

O que estas situaes tm em comum? Em todas elas percebemos o uso de algum

tipo de radiao. Mas ser que as radiaes so todas iguais? O que elas tm de diferente

entre si? Primeiramente, precisamos conhecer o que essa coisa chamada radiao, para

depois entendermos os mecanismos de sua gerao, classificando os diferentes tipos de

radiao e a maneira com a qual elas interagem com a matria, alm das muitas aplicaes

que so feitas a partir delas.

Procurando no dicionrio Aurlio (Novo Dicionrio Eletrnico Aurlio verso 5.0),

encontramos as seguintes definies para radiao:

Ato ou efeito de radiar. Qualquer dos processos fsicos de emisso e propagao de energia, seja por

intermdio de fenmenos ondulatrios, seja por meio de partculas dotadas de energia

cintica.

Energia que se propaga de um ponto a outro no espao ou num meio material. Assim, podemos afirmar que radiao a propagao de energia sob vrias formas, e

que pode ser dividida geralmente em dois grupos:

Radiao corpuscular (partculas) e; Radiao eletromagntica.

A radiao corpuscular constituda de partculas elementares ou ncleos atmicos, tais como: eltrons, prtons, nutrons, partculas alfa, duterons, entre outros, enquanto a

radiao eletromagntica constituda de ondas eletromagnticas. Cada uma dessas

radiaes caracterizada por sua energia, sua gerao e forma de interao com a matria. A

radiao corpuscular ser melhor compreendida quando fizermos a discusso sobre a

Radioatividade e as reaes nucleares, enquanto que a radiao eletromagntica ser melhor

compreendida com o estudo do espectro eletromagntico.

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Por uma opo de didtica, faremos inicialmente o estudo da radiao eletromagntica

e do espectro eletromagntico, de maneira a diferenciarmos os tipos de ondas

eletromagnticas quanto ao seu comprimento de onda1, freqncia2 e energia.

Radiao Eletromagntica Devemos lembrar que as ondas eletromagnticas tm origem no movimento de uma

carga eltrica, que quando acelerada ou desacelerada, provoca variaes em seu campo

eltrico que, conseqentemente, provoca variaes em seu campo magntico e assim

sucessivamente, levando a informao desse movimento aos pontos do espao.

onda eletromagntica

Como toda onda, a onda eletromagntica tem a freqncia como uma caracterstica

importante, por que atravs dela que as ondas eletromagnticas so classificadas. A unidade

de medida da freqncia o Hertz (Hz), em homenagem a Heinrich Rudolph Hertz (1857-

1894), devido descoberta das ondas de rdio. Para cada faixa de freqncia, usamos um

termo diferente para descrev-la. Por exemplo, a freqncia que vai de 4,3.1014 Hz at 7,5.1014

Hz o que chamamos de luz visvel, enquanto que as ondas de rdio esto na faixa de 102 Hz

at 108 Hz.

A freqncia a medida das oscilaes que a carga eltrica executa por unidade de

tempo, isto , se a freqncia de uma onda eletromagntica de 105 Hz, ela oscila (agita)

100.000 vezes a cada segundo. Assim, para ser mais claro, se voc tiver um pente eletrizado e

quiser que ele produza a luz amarela cuja freqncia de 5,2.1014 Hz, voc ter que agit-lo

520 trilhes de vezes por segundo. O que acha disso? Voc consegue? Tente!

A Energia das Ondas Eletromagnticas

Conforme relatado anteriormente, uma onda eletromagntica pode ento ser produzida

usando apenas um pente. Como ondas eletromagnticas so geradas toda vez que um objeto

eletrizado acelerado ou desacelerado, imagine-se penteando o cabelo em um dia seco de

inverno, quando mais fcil o pente acumular cargas devido o atrito. Toda vez que voc move

o pente para um lado e para outro, o pente emite uma onda eletromagntica, afinal temos as

cargas presentes nele sofrendo uma acelerao. 1 Comprimento de onda: medida da distncia entre duas cristas ou vales consecutivos em uma onda. 2 Freqncia: corresponde a quantidade de ondas completas que so geradas por segundo.

Toda onda eletromagntica transporta

energia durante sua propagao e essa

propagao feita na velocidade da luz c

(300.000.000 m/s ou 3.108 m/s),

caracterstica mostrada por James Clerk

Maxwell (1831-1879). A figura ao lado

apresenta uma onda eletromagntica.

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Se voc se penteia devagar, passando o pente no cabelo uma vez por segundo, cria

uma onda eletromagntica, mas no coloca muita energia nesta onda. Voc produz uma onda

de baixa energia e baixa freqncia, com comprimento de onda da ordem de 300.000 km, pois

a velocidade da luz de 300.000 km por segundo. Se, por outro lado, voc pudesse fazer o

pente se mover mais rapidamente, digamos 300.000 vezes por segundo, voc produziria uma

onda de freqncia e energia muito maiores, com um comprimento de onda de 1 km. Assim,

usando mais energia para acelerar as cargas eltricas, voc coloca mais energia na onda

eletromagntica.

Certamente depois das ondas de rdio descobertas por Hertz em 1887, podemos

considerar a luz visvel como a outra integrante da famlia das ondas eletromagnticas, mais

conhecida pelo homem e que permite apoiar o raciocnio feito no pargrafo anterior. Por

exemplo, um pedao de carvo em brasa vermelho-escuro, porque corresponde a uma cor

que possui uma energia relativamente pequena. A chama amarela de uma vela tem um pouco

mais de energia, enquanto que a chama branco-azulada de um maarico, uma energia ainda

maior. A cada cor corresponde uma freqncia e a cada freqncia uma energia diferente.

Assim, quanto maior a freqncia da onda eletromagntica, maior ser a sua energia.

vela carvo maarico

O vermelho, com um comprimento de onda da ordem de 700 nm3 (4,3.1014 Hz), a cor

de maior comprimento de onda e menor energia do espectro da luz visvel. O violeta, por outro

lado, com comprimento de onda 400 nm (7,5.1014 Hz), a cor de menor comprimento de onda

e maior energia da luz visvel. Todas as outras cores pertencentes ao espectro da luz visvel

tm energias entre as do vermelho e do violeta. Na figura abaixo temos o espectro

eletromagntico com destaque para a parte do visvel ao qual conseguimos enxergar.

Espectro eletromagntico com destaque para a parte da luz visvel

3 1 nanmetro (1nm) = 0,000000001 m = 10-9 m

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Abaixo do vermelho temos, por exemplo, o infravermelho (ou radiao infravermelha)

que uma radiao no visvel, enquanto que acima do violeta temos, por exemplo, o

ultravioleta (ou radiao ultravioleta), que tambm no visvel aos nossos olhos.

Assim, o comprimento da onda, a sua freqncia e a sua energia, so grandezas que

esto intimamente relacionadas. Na tabela abaixo podemos organizar essas idias da seguinte

forma:

Comprimento da onda Freqncia Energia

menor maior Maior

maior menor Menor

Em cada regio, temos uma temperatura diferente, e portanto, uma energia diferente.

Podemos perceber que temos trs regies distintas: uma azulada (situada na parte inferior da

chama, junto ao pavio), uma alaranjada (regio situada entre o pavio e o topo da chama) e uma

amarelada (parte do topo da chama). Destas trs regies, a mais quente a azulada. O que

podemos concluir diante disso, ento? Provavelmente voc concluiu que pela tabela acima, a

parte azulada por ter a maior temperatura, tem a maior energia, logo tem maior freqncia com

o menor comprimento de onda das trs regies. J a regio amarelada, tem a menor

temperatura, a menor energia e freqncia, e conseqentemente, o maior comprimento de

onda.

Questes 1-) Como as ondas eletromagnticas so produzidas? 2-) Qual a caracterstica de uma onda eletromagntica que permite diferenciar uma da outra? 3-) Ao olharmos para uma vela, percebemos diferentes regies em sua chama. Em qual dessas regies temos maior energia? Onde temos a menor energia? Por qu?

4-) Ao olharmos para uma boca do fogo acesa, qual a cor da sua chama? O que podemos falar quanto a sua temperatura, energia, freqncia e comprimento de onda?

5-) O que ocorre com a chama de uma boca de fogo quando a vlvula que regula o gs do botijo est vencida?

6-) Imagine uma estrela. Que cor deveria apresentar esta estrela para que ela fosse a mais quente e visvel?

regio amarelada

regio azulada

Regio alaranjada

Vamos olhar novamente a chama de

uma vela. A sua chama no

homognea, apresentando regies com

cores diferentes como voc deve ter

percebido na atividade da anlise da

chama da vela.