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Espectroscópio
(Fundamentos e construção)

Prof. Luiz Ferraz Netto
leobarretos@uol.com.br 

Introdução
Um espectroscópio é um instrumento destinado a separar os diferentes componentes de um espectro óptico. Constitui-se essencialmente de uma fresta situada no plano focal de um colimador, um prisma ou rede de difração e um anteparo (tela) onde se projeta (imagem real) o feixe dispersado.

Ainda que seu fundamento, a decomposição da luz branca em diferentes cores que a compõem, data do século XVIII, devido ao físico, matemático e astrônomo Isaac Newton, não foi senão no início do século XX. A partir de então, passou a ser utilizado para observar, analisar e medir os diferentes aspectos físico-químicos (temperatura, composição química, velocidade etc.) da luz proveniente das estrelas, das galáxias e demais objetos astronômicos, inaugurando, dessa forma, uma nova era na Astronomia: a Astrofísica.

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Isaac Newton

Decomposição por prisma
Para produzir a decomposição de uma luz composta de várias cores (freqüências) Newton utilizou um prisma, que desvia em diferentes ângulos de emergência cada cor (comprimentos de onda) ao ser atravessado pelo feixe composto. Abaixo ilustramos essa decomposição para três diferentes ângulos de incidência do feixe de luz branca.

Decomposição por rede de difração
Posteriormente se utilizaram de redes de difração, que consistem num suporte (transparente ou refletor) com ranhuras (linhas) finíssimas, em cada milímetro de extensão podem caber nada menos de 500 a 1000 dessas ranhuras (linhas), que fazem com que, inicialmente, cada cor do feixe de luz incidente se disperse em todas as direções (difração). A seguir, segundo direções determinadas desse feixe difratado, cores iguais (comprimentos de ondas iguais) sofrem interferência construtiva e se reforçam (somam geometricamente suas amplitudes) e em outras direções sofrem interferência destrutiva. O resultado final é equivalente a aquele obtido mediante o prisma, a saber, a decomposição de um feixe de luz policromática em seus componentes monocromáticos, porém desta vez, com maior eficiência, quer dizer, com melhor e mais uniforme separação dos mesmos.

Abaixo ilustramos a decomposição da luz branca ao incidir num disco compacto (C.D.), entrando pela fresta que, na figura indicamos por 'janela'. Detalharemos isso no experimento do "espectroscópio simples", a seguir.

Espectros de emissão
Abaixo ilustramos os espectros de emissão de alguns elementos químicos:

A seguir, alguns espectros de emissão de alguns elementos em comparação com o espectro da luz solar (espectro de absorção):

Espectroscópio simples
Nessa parte experimental vamos mostrar como construir um espectroscópio muito simples e econômico, mas que apresenta uma excelente relação qualidade/precisão (medida pelo poder separador das cores). Seu poder separador se baseia no fenômeno de difração produzido, neste caso, por 'espelhinhos' microscópicos para a leitura do laser em um disco compacto (CD). Em um CD típico há 1000 pontos de difração para cada milímetro do disco, o que permite separar muito bem as cores elementares.

Material

  • Uma caixa de fósforos das grandes,

  • Um CD (compact-disc o CD-rom) não mais utilizado.

Montagem

  • Inicialmente vamos partir o CD em vários pedaços (com o devido cuidado para não cortar-se!). Pode-se usar um tesoura de cozinha ou mesmo uma de cortar finas chapas de ferro para essa tarefa. Necessitaremos de um pedaço de CD de aproximadamente 1/8 do disco.

  • A seguir, com uma lâmina protegida, vamos abrir uma pequena janela na parte superior da caixa de fósforo. Oriente-se nas figuras abaixo para bem localizar essa janela. Corte e dobre esse pedaço de madeira (ou papelão) de modo a funcionar como uma janela.

  • Cole, a seguir, o pedaço de CD no centro da gaveta da caixa de fósforos. Isso deve ser feito de modo que, abrindo-se ligeiramente a gaveta para permitir a entrada da luz solar, o pincel refletido e difratado saia pela janela praticada na face superior. Eis a ilustração disso:

Procedimento

  • Pegue seu espectroscópio e oriente-o para a luz proveniente, por exemplo, de uma lâmpada incandescente comum. O que você observa?

  • Experimente agora com uma lâmpada fluorescente. Que diferença você pode observar?

  • Experimente agora observar o espectro solar (espectro de absorção). Tome cuidado para não focalizar diretamente o Sol. Procure identificar com cuidado as linhas mais características.

  • Você poderá também observar os espectros de emissão de algumas lâmpadas para iluminação pública (branca, de mercúrio, de sódio etc.) e aquele de alguns anúncios luminosos (gás néon etc.).

  • No laboratório de Química, seu professor poderá 'queimar' pedaços de cobre, zinco, alumínio etc. ou sais sobre o bico de Bunsen; as luzes emitidas poderão ser observadas e analisadas com seu espectroscópio.


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