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1 Espectroscopia Atômica e Molecular Henrique Brolezi Nunciaroni (155715) e Vinicius Colombo de Oliveira (118904) Henrique.bn@outlook.com e colombo.vinicius@gmail.com Instituto de Fisica “Gleb Wataghin” – UNICAMP 31 de agosto de 2017 Resumo Para este experimento, foram obtidos os espectros das respectivas lâmpadas: Argônio (Ar), Mercúrio (Hg), Dióxido de Carbono (CO2), Hélio (He), Hidrogênio (H), Neônio (Ne), Sódio (Na), Vapor de Água (H2O), além de coletarmos os espectros de diversos LEDs e o espectro do Sol. Através dos dados coletados, pudemos analisar os picos de emissões correspondentes aos níveis de energia de cada átomo e comparar com os espectros de emissão moleculares. Com o espectro do hidrogênio, usando a série de Balmer, foi possível calcular a constante de Rydberg ( ) e com o espectro da lâmpada incandescente verificamos a Lei de Wien e determinamos sua constante ( ) . Por fim foi estimada a temperatura superficial do Sol a partir de seu espectro e encontrado um valor de ( ) . . I. Introdução Sir Isaac Newton em 1666 mostrou que a luz do sol podia ser dispersa em séries contínuas de cores. Foi o próprio Newton que introduziu a palavra “espectro” para descrever esse fenômeno. O experimento usado era composto de uma pequena fenda para selecionar um feixe de luz branca, uma lente para colimar e um prisma de vidro para dispersar a luz. O resultado era um espectro de cores fundamentais projetado em uma tela. Após alguns séculos, em 1814, o fabricante de instrumentos de vidro Joseph Fraunhofer observou que ao difratar a luz do sol em um prisma, é possível ver um grande número de linhas escuras finas. Fraunhofer não pode explicar tal fenômeno naquela época, já que se trata de um fenômeno quântico. Hoje essas linhas são chamadas de linhas de Fraunhofer e são as linhas do espectro de absorção de um determinado elemento. Gustav Robert Kirchhoff, em 1859, mostrou que cada elemento ou composto químico possui seu próprio espectro, o que permitiu realizar estudos astrofísicos de composição química de astros [1]. Kirchoff então enunciou suas três leis da espectroscopia: 1) um objeto sólido emite luz com um espectro contínuo; 2) um gás tênue emite com linhas espectrais discretas; 3) um objeto sólido imerso em um gás tênue frio emite com um espectro quase- contínuo, existindo gaps entre as linhas. Estas leis, por serem anteriores à mecânica quântica, não consideram a existência de níveis de energia, que justificam o espectro discreto do gás e os gaps no espectro de um sólido mergulhado em um gás frio [1]. II. Detalhes experimentais Os equipamentos utilizados neste experimento foram: - detector CCD da Ocean Optics - fibra óptica - lâmpadas de H, Ar, vapor de H2O, Hg, CO2, He, Ne - lâmpada incandescente - LED de diversas cores e de tela de computador - espelho para a captura do espectro solar - amperímetro - voltímetro - fonte de tensão - software OOIBase32 A montagem deste experimento é a mesma durante todo o processo de captura dos espectros das diversas lâmpadas. O software permite a captura dos espectros através de uma fibra ótica que conduz a luz mailto:Henrique.bn@outlook.com mailto:colombo.vinicius@gmail.com pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen Grupo 1 (azul) ● F 740 – B ● Prof. R. Urbano 2 da fonte ao CCD, que por sua vez converte o sinal e gera um espectro da luz captada. O detector da Ocean Optics é composto por um espelho colimador, que direciona a luz de entrada para uma grade de difração. Tal luz deixa a grade de difração com os diferentes comprimentos de onda separados, e um espelho direciona a luz ao local onde se encontra o detector CCD (acrônimo do inglês Charge-Coupled Device é um dispositivo que possibilita o transporte de sinais analógicos através de diversos estágios de capacitores). De modo a facilitar o entendimento, a figura 1 apresenta esquematicamente o sistema de detecção espectral, CCD. Figura 1: Esquema ilustrativo do detector CCD utilizado no experimento. De 1 a 3 mostra a conexão com o cabo da fibra óptica; 4 e 6 são espelhos; 5 é a grade de difração; 7-10 são as partes do CCD para digitalizar as comprimentos de onda. Desta maneira, os espectros foram coletados e analisados. As lâmpadas de H, Ar, vapor de H2O, Hg, CO2, He, Ne, LEDs foram ligadas e posicionadas frente a fibra óptica. Já para a lâmpada de incandescência, acrescentamos um variac de modo a possibilitar o ajuste da tensão e, com um multímetro medimos os valores da tensão junto a corrente. Este sistema nos permite plotar um gráfico cuja fonte espectral seja analisada por diversos valores de tensão. Para a coleta do espectro solar foi posicionado um espelho de modo a refletir um feixe de luz até o detector CCD. III Resultados, Discussões e Análises de Dados. Primeiramente, foi dado início a calibração do detector. Utilizamos duas lâmpadas, mercúrio (Hg) e argônio (Ar). Ao coletarmos o espectro das respectivas lâmpadas com o detector ainda sem os parâmetros de calibração obtivemos um gráfico da intensidade por pixel, gerado pelo sistema de detecção. Com os dados plotados podemos relacionar a posição de cada pico de emissão referenciado em unidades de pixel com os comprimentos de onda já conhecidos na bibliografia existente [3]. A figura 2 demonstra essa relação de pixel com os comprimentos de onda emitidos por cada átomo. 500 1000 1500 2000 0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 In te n s id a d e Pixels Hg Ar Figura 2: Relação pixel comprimento de onda. Desta maneira podemos relacionar diversos pontos de calibração, pontos esses que relacionam a posição do pico de emissão em pixel com o comprimento de onda emitido. Exemplo: observa-se que a posição do segundo pico de emissão da lâmpada de mercúrio está na posição 501 pixel e sabemos que o segundo menor comprimento de onda emitida possível para este átomo é de 365 (nm), este conjunto de dados forma um ponto. A seguir há uma tabela com diversos pontos correlacionados. Tabela 1: Relação entre pixel e comprimento de onda. Pixels (nm) 1902 842,465 1897 840,820 1802 809,240 1650 761,770 1572 736,710 1444 694,650 1101 580,378 1096 578,969 1006 546,075 696 435,834 618 407,783 609 404,656 501 365,015 pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen Grupo 1 (azul) ● F 740 – B ● Prof. R. Urbano 3 Através dos dados da tabela acima podemos plotar o gráfico necessário para a calibração do detector. A figura 3 apresenta de forma gráfica os dados da tabela 1. 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 400 500 600 700 800 900 Comprimento de onda (nm) Polynomial Fit of Sheet1 Comprimento de onda (nm) C o m p ri m e n to d e o n d a ( n m ) Pixels Figura 3: Gráfico do comprimento de onda associado ao seu respectivo valor de pixel. A partir do gráfico da figura 3, podemos realizar uma interpolação por um polinômio de terceira ordem com o intuito de obter as constantes polinomiais necessárias para a calibração. Seja o polinômio , da interpolação realizada pelo software Origin, obtivemosos seguintes valores para as constantes: . Tais parâmetros foram inseridos no software do sistema de detecção espectral. De modo a checar o resultado da calibração, direcionamos um pulso de laser com comprimento de onda conhecido, no caso um laser de He-Ne, ( ). A figura 4 retrata o resultado da calibração. 610 620 630 640 650 660 0,0 5,0x10 3 1,0x10 4 1,5x10 4 2,0x10 4 2,5x10 4 In te n s id a d e Comprimento de onda (nm) Figura 4: Espectro coletado do laser He-Ne. Observa-se claramente na figura 4 que há um pico em 633,2 (nm) evidenciando a confiabilidade do processo de calibração. Na figura 5 também podemos observar o espectro de diversos LEDs (Light Emitting Diode) onde cada pico corresponde a sua determina cor de emissão de luz. Mais uma amostra da confiabilidade de nossa calibração. 400 500 600 700 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 In te n s id a d e Comprimento de onda (nm) 409,9 (nm) 458,3 (nm) 513,7(nm) 590 (nm) 600 (nm) 651 (nm) Figura 5: Espectro de diversos LEDs onde cada pico corresponde ao comprimento de luz emitido e consequentemente sua cor no espectro visível. Neste momento podemos dar continuidade nos objetivos experimentais uma vez que, nosso equipamento se encontra em condições adequadas. De início, temos como foco encontrar a constante de Johannes Rydberg, expressão apresentada em 1888 pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen Grupo 1 (azul) ● F 740 – B ● Prof. R. Urbano 4 que relaciona o comprimento de onda com os níveis de energia possíveis de cada átomo [2]. Cabe salientar que esta expressão é válida apenas para elementos semelhantes ao hidrogênio, conhecidos como átomos hidrogênicos. A equação 1 trata-se da expressão de Rydberg, cuja é a constante que estamos interessados em encontrar. ( ) (1) A partir do espectro de emissão do hidrogênio é possível relacionar os comprimentos de onda com os níveis de energia possíveis já conhecidas na bibliografia [2]. A figura 6 corresponde ao espectro do hidrogênio. 400 500 600 700 0 1x10 4 2x10 4 3x10 4 4x10 4 5x10 4 6x10 4 In te n s id a d e Comprimento de onda (nm) Figura 6: Espectro da lâmpada de hidrogênio. Agora relacionamos os comprimentos de onda com os níveis de energia permitidos, foquemos no comprimento de onda de menor energia, onde para este caso seria 658,48 (nm). Analisando os valores energéticos permitidos para o átomo de hidrogênio de modo a identificar na bibliografia a menor transição possível, exemplo; para um átomo de hidrogênio a menor transição permitida é , portanto temos a primeira relação necessária para obtenção da constante de Rydberg. Podemos assim relacionar todos os valores de comprimento de onda com os níveis de energia permitidos. Na tabela 2 estão apresentadas as relações descritas acima com os comprimentos de onda retirados a partir do espectro da figura 6. Tabela 2: Relação entre comprimento de onda e transições possíveis do átomo de hidrogênio. Da equação 1 podemos ver que é equivalente ao coeficiente angular de uma reta, seja a equação da reta onde, comparando com a expressão 1, temos . Disso, podemos plotar o gráfico de modo a obter o valor da constante em questão. A figura 6 corresponde ao fitting dos dados da tabela 2 aplicados na equação 1, de modo a obtermos o constante . 0,14 0,16 0,18 0,20 0,22 1,4x10 6 1,6x10 6 1,8x10 6 2,0x10 6 2,2x10 6 2,4x10 6 2,6x10 6 Equation y = a + b*x Pearson's 0,99962 Adj. R-Square 0,99887 Value Standard E A Intercept -176097,6 44132,900 Slope 1,18213E7 229491,53 m 11 nn if 22 11 Figura 6: Gráfico que estabelece relações entre e ( ). Da figura 6 podemos extrair a constante de Rydberg, neste caso os cálculos foram realizados pelo software Origin, os resultados estão expressos claramente na figura. Observa-se que a constante possui um valor de ( ) , que ao compararmos com o valor bibliográfico, ( ) , constatamos que há um erro próximo de 7,8%. Assim a constante de Rydberg assume o seguinte valor com seu respectivo erro associado: ( ) 658,48 2 3 486,32 2 4 433,18 2 5 409,88 2 6 pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notesPen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen Grupo 1 (azul) ● F 740 – B ● Prof. R. Urbano 5 ( ) Com a observação dos espectros também é possível caracterizar outras constantes que acompanham outras leis. Agora iremos fazer uma breve apresentação sobre a Lei de Wien [2] e como encontrar a constante que acompanha sua expressão. A equação 2 descreve a relação entre o comprimento de onda onde se situa a máxima emissão de onda eletromagnética de um corpo negro e sua temperatura, Lei de Wien. (2) Da equação dois, sabemos que b é uma constante, portanto quando houver aumento da temperatura o comprimento de onda máximo deve diminuir de modo a manter a constante b. Com intuito de aferir a equação 2, coletamos diversos espectros emitidos por uma lâmpada incandescente para diversas potências e, com ajuda da relação de Stefan-Boltzman [2] conseguimos estimar a temperatura do corpo negro irradiante tornando possível a constatação da constante de Wien. Como mencionado acima, utilizamos as relações de Stefan-Boltzman para estimar a temperatura do corpo irradiante, que é conveniente aproxima-lo para um corpo negro. A equação 3 refere- se a relação de Boltzman. (3) Onde P representa a potência. Como ao variarmos a tensão realizamos as medidas junto a corrente através de um multímetro, conhecemos P, é a constante de boltzman que também sabemos, T trata-se da temperatura que estamos interessados e A refere-se a área da superfície irradiante, que estimamos realizando as medidas de uma lâmpada similar a usada. A figura 7 apresenta os espectros adquiridos. Figura 7: Espectros para vários valores de temperatura. É de fácil percepção que ao aumentarmos a temperatura o comprimento de onda máximo se desloca para a esquerda, concretizando assim a relação de Wien. Agora que temos os valores das temperaturas e os comprimentos de onda máximo associados podemos facilmente encontrar a constante de Wien, pois a relação se trata de uma equação linear onde o coeficiente linear é zero. Observe que, podemos manipular a equação 2 de modo a termos . Sendo assim, plotamos o gráfico da figura 8 a fim de obtermos b. Figura 8: Gráfico que relaciona a expressão de Wien (2). pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen Grupo 1 (azul) ● F 740 – B ● Prof. R. Urbano 6 Da figura 8, tiramos o coeficiente angular da do gráfico que corresponde a constante de nosso interesse. Observa-se que a constante encontrada através do gráfico assume o valor de ( ) que diverge um fator de 69% do valor esperado da constante que é ( ) . Isso é devido a aproximação realizada nas medidas da área do corpo irradiante, no caso (A) da equação 3 para estimarmos a temperatura do corpo. Contudo o valor da constante de Wien encontrado neste experimento é: ( ) Agora que já sabemos a constante de Wien, temos condições de estimar a temperatura de qualquer corpo negro, com este contexto iremos estimar a temperatura do sol segundo espectro coletado. A Figura 9 representa o espectro da radiação solar. 400 500 600 700 800 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 In te n s id a d e Comprimento de onda (nm) Intensidade Figura 9: Espectro do Sol. Para calcularmos a temperatura solar utilizaremos a equação 2 junto ao coeficiente angular evidenciado na figura 8. Portanto temos: O valor esperado é de 5778 k, portanto temos em nosso resultado um fator multiplicando de 1,4 ao valor esperado, ou seja, ( ) . Isto é devido ao uso da constante de Wien que como já especificado acima possui um erro próximo de 48% devido às aproximações realizadas para obtenção da temperatura, no caso de usarmos a constante b conhecida na bibliografia teríamos o valor de 5202 K, um valor muito mais aproximado do esperado. Contudo, o valor encontrado da temperatura da superfície do sol é: ( ) i. Subseção 1 Obtivemos os espectro das lâmpadas de He, CO2, Ne, Na e vapor de H2O, que seguem mostrados nas figuras a seguir: 300 400 500 600 700 800 0 1x10 4 2x10 4 3x10 4 4x10 4 5x10 4 6x10 4 In te n s id a d e Comprimento de onda (nm) He Figura 10: Espectro obtido para radiação emitida de uma lâmpada de He. pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen Grupo 1 (azul) ● F 740 – B ● Prof. R. Urbano 7 300 400 500 600 700 800 0,0 5,0x10 3 1,0x10 4 1,5x10 4 2,0x10 4 2,5x10 4 3,0x10 4 3,5x10 4 4,0x10 4 In te n s id a d e Comprimento de onda (nm) CO 2 Figura 11: Espectro obtido para radiação emitida de uma lâmpada de CO2. 500 600 700 800 0 1x10 4 2x10 4 3x10 4 4x10 4 5x10 4 6x10 4 In te n s id a d e Comprimento de onda (nm) Ne Figura 12: Espectro obtido para radiação emitida de uma lâmpada de Ne. 700 800 0 1x10 4 2x10 4 3x10 4 4x10 4 5x10 4 6x10 4 In te n s id a d e Comprimento de onda (nm) Na Figura 13: Espectro obtido para radiação emitida de uma lâmpada de Na. 300 400 500 600 700 800 0 1x10 4 2x10 4 3x10 4 4x10 4 5x10 4 6x10 4 In te n s id a d e Comprimento de onda (nm) vapor de H 2 O Figura 14: Espectro obtido para radiação emitida de uma lâmpada de vapor de H2O. Vale ressaltar a importância de compreender que observamos um espectro continuo para moléculas devido ao fato de apresentaremenergias rotacionais e vibracionais e assim os níveis de transição não são necessariamente discretos, podendo ser contínuos. Diferente dos espectros atômicos onde os espectros medidos são distribuições delta de Dirac, ou seja, os picos podem ser bem definidos e concentrados exatamente em comprimento de onda especifico. Sendo assim também coletamos o espectro da tela de um computador com os pigmentos puros pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen Grupo 1 (azul) ● F 740 – B ● Prof. R. Urbano 8 de azul, verde e vermelho e assim encontramos a seguinte imagem: 400 500 600 700 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 In te n s id a d e Comprimento de onda (nm) Azul verde vermelho Figura 15: Espectros da de pigmentos puros de cores de uma tela de computador. Interessante observar que conseguimos obter os picos de comprimentos de onda para cada cor conforme obtivemos nas cores azul, verde e vermelhos dos LEDs da figura 5. ii. Subseção 2 Conhecemos que uma linha de emissão está relacionada à emissão de um fóton devido a uma transição entre os níveis de energia de um átomo/molécula. A linha de absorção indica a absorção de um fóton. Algumas séries podem ser obtidas a partir da equação (1), dependendo do estado final da transição. Destacam-se a série de Lyman (n = 1), Balmer (n = 2), Paschen (n = 3), Brackett (n = 4), Pfund (n = 5) e Humphreys (n = 6). A série de Lyman está no ultravioleta, a de Balmer encontra-se no intervalo de comprimentos de onda visíveis, e as demais encontram-se no infravermelho [2]. O que observamos em nosso experimento no espectro do hidrogênio foi a série de Balmer, onde os níveis de transição da tabela 2 estão representados na figura 16. Figura 16: transições entre os diferentes níveis de energia do átomo que originam as diferentes séries do espectro de emissão [6]. iii. Subseção 3 Os erros de todas as medidas foram calculados conforme a propagação de erros que segue: Dada uma equação ( ) temos que seu erro associado é , logo: √( ) ( ) (4) IV Conclusões Foi possível compreender de maneira simples como fazer a calibração do equipamento onde realizamos as medidas dos espectros de lâmpadas atômicas e moleculares. Assim observamos a diferença entre os picos concentrados das atômicas devido a distribuições delta de Dirac e dos espectros contínuos das moleculares devido a energias vibracionais e rotacionais, consequentemente níveis de transição não necessariamente discretos. Calculamos com um erro de 7,8% a constante de Rydberg a partir do espectro do hidrogênio e da série de Balmer onde obtivemos o valor de ( ) . Usando as relações de Stefan-Boltzman (3) e variando a tensão fornecida a uma lâmpada incandescente pudemos encontra a constante de Wien ( ) porém nessa medida o erro foi muito maior, próximo de 69%. pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen Grupo 1 (azul) ● F 740 – B ● Prof. R. Urbano 9 Obtivemos tal erro devido ao fato de não estimarmos um valor próximo para a superfície do corpo radiante (filamento da lâmpada), isso comprometeu a confiabilidade no valor encontrado. Por fim, usando a constante de Wien encontrada estimamos a temperatura média do Sol, onde chegamos no valor de ( ) que difere muito do ideal, que é cerca de 5778 K – Erro de 40% aproximadamente. Isso decorre da constante de Wien que não foi encontrada próxima da teórica devido ao erro em estimar a temperatura da lâmpada. Referências [1]http://web.mit.edu/spectroscopy/history/hist ory-classical.html [2] Física Quântica, Robert Eisberg e Robert Resnick, Editora Campus, Rio de Janeiro, 1979. [3]https://physics.nist.gov/PhysRefData/ASD/line s_form.html [4]http://www.fen.bilkent.edu.tr/~mb/phys230/ manuals/exp3_photoelectric_effect.pdf [5]http://sites.ifi.unicamp.br/lfmoderna/conteud os/espectroscopia-atomica-e-molecular-2/ [6] http://fisica.ufpr.br/evaldo/sbal-r.pdf [1]http://web.mit.edu/spectroscopy/history/hist ory-classical.html [2] Física Quântica, Robert Eisberg e Robert Resnick, Editora Campus, Rio de Janeiro, 1979. [3]https://physics.nist.gov/PhysRefData/ASD/line s_form.html [4]http://www.fen.bilkent.edu.tr/~mb/phys230/ manuals/exp3_photoelectric_effect.pdf [5]http://sites.ifi.unicamp.br/lfmoderna/conteud os/espectroscopia-atomica-e-molecular-2/ [6] http://fisica.ufpr.br/evaldo/sbal-r.pdf http://web.mit.edu/spectroscopy/history/history-classical.html http://web.mit.edu/spectroscopy/history/history-classical.html https://physics.nist.gov/PhysRefData/ASD/lines_form.html https://physics.nist.gov/PhysRefData/ASD/lines_form.html http://www.fen.bilkent.edu.tr/~mb/phys230/manuals/exp3_photoelectric_effect.pdf http://www.fen.bilkent.edu.tr/~mb/phys230/manuals/exp3_photoelectric_effect.pdf http://sites.ifi.unicamp.br/lfmoderna/conteudos/espectroscopia-atomica-e-molecular-2/ http://sites.ifi.unicamp.br/lfmoderna/conteudos/espectroscopia-atomica-e-molecular-2/ http://fisica.ufpr.br/evaldo/sbal-r.pdf http://web.mit.edu/spectroscopy/history/history-classical.html http://web.mit.edu/spectroscopy/history/history-classical.html https://physics.nist.gov/PhysRefData/ASD/lines_form.html https://physics.nist.gov/PhysRefData/ASD/lines_form.html http://www.fen.bilkent.edu.tr/~mb/phys230/manuals/exp3_photoelectric_effect.pdf http://www.fen.bilkent.edu.tr/~mb/phys230/manuals/exp3_photoelectric_effect.pdf http://sites.ifi.unicamp.br/lfmoderna/conteudos/espectroscopia-atomica-e-molecular-2/ http://sites.ifi.unicamp.br/lfmoderna/conteudos/espectroscopia-atomica-e-molecular-2/ http://fisica.ufpr.br/evaldo/sbal-r.pdf pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen pdf-notes Pen
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