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O espectroscópio

Dúvidas e Perguntas?

Objetivo
Permitir a visualização das raias e bandas do espectro da luz solar, conhecidas como linhas de Fraunhofer.
Desde que Joseph von Fraunhofer (1787-1826) descobriu raias sobre o espectro da luz solar decomposta, elas se tornaram as mais importantes ferramentas astronômicas depois do telescópio. Esta descoberta nos permitiu analisar de que elementos o Sol é composto e chegamos a descobrir o hélio no Sol antes mesmo que fosse conhecido na Terra. Por isso ele tem este nome (do grego, Helios = Sol). Hoje analisamos a composição de estrelas, nebulosas e até de galáxias. Foram descobertas estrelas duplas impossíveis de separar visualmente, determinadas suas velocidades e medidas as velocidades de afastamento das galáxias, o que resultou na descoberta da expansão do universo.
Além da astronomia, vários outros ramos da ciência foram beneficiados com a descoberta e muitos laboratórios modernos dispõem de espectrógrafos e espectrômetros de vários tipos.

Material

- duas lentes de óculos de 3 ou 4 dioptrias (3 ou 4 graus)
- tubo de pvc de 40 mm de diâmetro
- uma ocular de telescópio ou binóculo.
- tê de 45º de pvc de 40 mm (derivação em Y)
- disco de CD sem uso
- pedaços de madeira

Montagem
Um espectroscópio consiste basicamente em uma fenda, por onde penetra luz, uma lente de campo para tornar os raios paralelos, um prisma ou uma rede de difração, uma lente para concentração do feixe e uma ocular para examinar a imagem. No lugar da rede de difração vamos usar um pedaço de CD, montado sobre um eixo, o que nos permitirá selecionar o comprimento de onda. Olhando pela ocular veremos um campo colorido, uma parte do espectro da luz, e sobre este fundo alguns traços escuros: as raias de absorção.
Um bom espectroscópio permite ver milhares de linhas, correspondentes aos níveis de energia dos elétrons de vários níveis de cada elemento.
Nosso instrumento simples permitirá ver algumas, as mais destacadas, mas poderemos notar que no fundo existem dezenas de outras menos marcantes.

Montagem da estrutura

Fure o Y no ponto de intersecção das linhas de centro, com uma broca de 13 mm (1/2"). Faça um eixo de madeira com o diâmetro do furo. Numa das pontas do eixo monte uma alavanca para girar o conjunto.

Montagem dos elementos ópticos

Corte um disco de 36 mm de diâmetro sobre a melhor área do CD. Faça um entalhe no eixo, chanfre até o centro, e fixe a rede de difração usando cola ou 2 parafusos pequenos. Atenção para a orientação dos traços do disco. Feche a extremidade do Y com um bloco de alumínio ou madeira dura, onde foi feito um furo rosqueado de 1/4". Esta rosca permitirá a montagem do conjunto sobre um tripé de máquina fotográfica.

Fixação da rede de difração

As lentes poderão ser de óculos de leitura, aqueles vendidos por ambulantes por 4 ou 5 reais. Retire as lentes e arredonde-as usando uma lixa. Faça suportes e fixe as lentes com cola ou anéis elásticos. Corte dois pedaços de tubo com comprimentos iguais às distancias focais das lentes (use uma trena e o Sol para medir, se necessário).

Corte e anel de fixação da fenda

Na ponta de um tubo monte a fenda, que pode ser feita de uma lâmina de alumínio fina. Recorte um disco de 37 mm e use uma régua e um estilete para fazer uma fenda bem fina e reta passando pelo centro. Use dois anéis do próprio tubo para fixar o disco.
No segundo tubo monte um suporte para a ocular envolvido com um material deslizante (feltro ou espuma) para permitir a focalização. Pinte a parte interna dos tubos com tinta látex (PVA) preta ou cinza.

Procedimento
Retire a ocular e aponte a fenda para o Sol. Acione a alavanca até ver o brilho do Sol através da fenda.

Espectros gerados pela rede de difração

Quando apontado para a fenda a rede de difração funcionará como um espelho, mas de cada lado do raio emergente será gerado um espectro, começando pelo extremo violeta. Em seguida gire lentamente a alavanca até ver o brilho violeta do extremo do espectro. Coloque a ocular e você verá o campo totalmente preenchido pela cor atual do comprimento de onda selecionado. Girando lentamente a alavanca, vá alterando a posição da rede de difração. A cor do fundo e a disposição das raias nos ajudarão a identificá-las.

Espectro da luz solar

No extremo violeta aparecem as linhas do cálcio (Ca) seguidas por uma raia devida ao ferro (Fe). No meio da região azul aparece uma linha do hidrogênio beta (Hb). Entrando na faixa verde aparecem duas linhas do ferro seguidas da raia tripla do magnésio (Mg). No centro da faixa amarela estão as raias de absorção do sódio (Na). Entrando na faixa vermelha do espectro estão a banda do oxigênio molecular (O2) e a raia do hidrogênio alfa (Ha). As duas últimas linhas mais distintas são devidas ao oxigênio molecular da nossa atmosfera, e servem de exemplo de como um gás pode ser analisado quando introduzido entre a fonte de luz e o espectroscópio.

Compare o espectro da luz solar com um de uma lâmpada incandescente. Verifique a diferença entre estes e os espectros de luzes "monocromáticas", como os led's (diodos emissores de luz) coloridos, lâmpadas de vapor de mercúrio, de sódio, de iodo e de xenônio.

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