Estudo de Difração e Interferência

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<p>OBJETIVOS:</p><p>Estudar a difração produzida por fendas.</p><p>Distinguir os efeitos de interferência e difração, no espectro da luz.</p><p>Determinar o comprimento e o espaçamento da onda do laser.</p><p>Roteiro dos experimentos.</p><p>Um laser é usado como fonte luminosa porque ele tem somente um comprimento de onda. Portanto você não vai observar padrões de difração de outros comprimentos de onda interferindo na imagem, Qual o comprimento da onda do laser?</p><p>R: É de 700nm.</p><p>2 – Qual o espaçamento entre as duas fendas no dispositivo? Compare o comprimento da onda do laser com a distância entre as fendas.</p><p>R: o espaçamento é de 00.2um.</p><p>R: o comprimento é de 700nm.</p><p>3 – Como seria o padrão de difração se mantivéssemos a distância entre as fendas mais diminuíssemos o comprimento de onda da fonte? (Dica pense na distância entre as fendas como um obstáculo que as ondas de luz encontram no caminho).</p><p>R: A medida que diminuem o comprimento ela vai mudando de cor e com interferência no centro da fenda.</p><p>- Com 600.</p><p>- Com 500.</p><p>- Com 400.</p><p>-Com 300.</p><p>- Com 200.</p><p>- Com 100.</p><p>4 – Observe o padrão exibido pela câmera de vídeo conforme você reduz o comprimento de onda para 600 nm e depois para 300 nm, clicando na seta abaixo do valor da centena. O que você pode afirmar sobre a relação entre o comprimento de onda e o padrão de refração quando o comprimento de onda é maior que o obstáculo?</p><p>R: Com 600 a sua coloração é marrom.</p><p>R: com 300 interferência nas extremidades é de cor rocha.</p><p>5 – Agora você vai investigar outros efeitos causados pela interferência da luz. Ao adicionar mais as fendas você vai começar a ver a interferência quando as ondas que atravessam as fendas afetarem umas das outras. Mude o comprimento de onda do laser para 500nm e o espaçamento entre as fendas para 3um. Descreva o que você observa. O que está causando esse efeito?</p><p>R: Ao aumentar o espaçamento entre as fendas surgem difração construtiva e destrutiva. Isso ocorre por causa da interferência da luz nas fendas.</p><p>6 – Mude a intensidade do laser de 1 nw para 1 W. A intesidade da luz afeta o padrão de difração.</p><p>R: Não afeta o padrão de difração.</p><p>7 – Mude a distância entre as fendas para 1 um. Observe o padrão exibido no vídeo conforme você altera a distância das fendas de 1 um para 7 um, de 1 em 1 um. Qual a relação entre a distância das fendas e o padrão de difração.</p><p>R: Quanto maior é a distância entre as fendas surgem difração construtiva e destrutiva.</p><p>8 – Mude a distância entre as fendas para 3um. Aumente o comprimento de onda do laser para 700nm. Como o aumento do comprimento de onda afeta o padrão de interferência?</p><p>R: O padrão de interferência é visível pela cor e pela difração.</p><p>9 – Ajuste a intensidade do laser para 1 000 fótons/segundos. Aperte o botão na câmara de vídeo para manter na tela a visualização dos fótons que atravessam as fendas. Observe por um minuto. O que você pode afirmar sobre esse padrão em relação ao padrão produzido pelo feixe continuo?</p><p>R: A imagem visualizada leva um tempo para gerar um padrão, vai se construindo aos poucos, leva um tempo para formar uma difração.</p><p>10 – Diminua a intensidade do laser para 100 fótons/segundos. Ative novamente a função Persist e observe por um minuto. Em baixas intensidades (1 000 ou 100 f/s), nunca há um momento em que dois fótons atravessam as fendas ao mesmo tempo. Como ocorre a difração de um único fótons?</p><p>R: Ocorre a difração quando o fóton passa por fendas que formam novas fontes com frequência igual, Dependendo das distancias das fendas podendo ser difração construtiva ou destrutiva.</p><p>11 – A partir desse experimento, o que você pode concluir sobre a natureza da luz?</p><p>R: A luz é composta por fótons, que quando encontra uma fenda ou orifício acontece a difração, criando padrões que depende de alguns fatores, como comprimento de onda e tamanho da fenda.</p><p>12 – Entre no almoxarifado clique prancheta e selecione o item 8. Este experimento e parecido com o experimento anterior, mais a fonte está emitindo elétron e não fótons de luz. Por isso, o detector é uma tela de fósforo que detecta partículas com carga. Como o padrão de difração pode ser comparado com o padrão de difração da luz?</p><p>R: A difração acontece quando uma onda passa pela borda de uma barreira ou através de uma abertura provocando em geral um alargamento do comprimento de onda. Com a luz e interferência da onda luminosa criam regiões de maior ou menor intensidade, difrações claras ou escuras.</p><p>EXPERIMENTO 34:</p><p>O EFEITO FOTOELÉTRICO.</p><p>OBJETIVO:</p><p>Estudar o efeito fotoelétrico e entender a ligação entre comprimento de onda energia da luz incidente e a emissão de fotoelétrons.</p><p>1 – O laboratório está montado com o laser em determinado ângulo incidindo na lâmina de sódio – Metal Foil(Na). Os átomos de metal absorvem a energia da luz e emitem elétrons. A tela de fósforo (PhosphorScreen), no canto inferior (intensity) e o comprimento de onda (Wavelenght) do laser podem ser ajustadas. Qual a intensidade e o comprimento de onda com que o laser está inicialmente programado?</p><p>R: Intensidade de 1 nW e o comprimento de onda é de 400nm.</p><p>2 – Anote o comprimento de onda em nm na tabela de dados da página seguinte. Calcule a frequência em Hz e a energia em J do laser utilizando a seguinte equação: f=c/y e E = h x f, em que.</p><p>C = 3 x 10^8 m/s é a velocidade da luz no vácuo.</p><p>H = 6.626^34 J. s.</p><p>Não se esqueçam de converter a unidade de comprimento de onda metros. Lembre-se de que 10^9 nm =1m.</p><p>3 – Ligue a tela de fósforo e clique no botão (Grid). O que o sinal da tela de fósforo indica sobre a luz do laser que está iniciando na lâmina de sódio?</p><p>R: Indica a liberação de elétrons na placa de metal.</p><p>TABELA DE DADOS:</p><p>Comprimento de</p><p>Onda (nm)</p><p>Frequência</p><p>(Hz)</p><p>Energia do</p><p>Laser (W)</p><p>Energia cinética dos elétron (J)</p><p>Intensidade dos</p><p>Elétrons</p><p>400</p><p>7,47 E 14</p><p>0,001</p><p>4,95 E 19</p><p>4,95 E 19</p><p>410</p><p>7,28 E 14</p><p>0,001</p><p>4,82 E 19</p><p>4,82 E 19</p><p>420</p><p>7,11 E 14</p><p>0,001</p><p>4,71 E 19</p><p>4,71 E 19</p><p>430</p><p>6,94 E 14</p><p>0,001</p><p>4,6 E 19</p><p>4,6 E 19</p><p>440</p><p>6,79 E 14</p><p>0,001</p><p>4,5 E 19</p><p>4,5 E 19</p><p>450</p><p>6,6 E 14</p><p>0,001</p><p>4,4 E 19</p><p>4,4 E 19</p><p>460</p><p>6,49 E14</p><p>0,001</p><p>4,3 E 19</p><p>4,3 E 19</p><p>4 – Diminua a intensidade do laser para 1 f/s ajustando o controlador à esquerda. Como o sinal muda? O que isso indica sobre a relação entre a quantidade de fótons emitidos e a intensidade da luz incidente.</p><p>R: Á uma oscilação na emissão de elétron.</p><p>5 – Mude a intensidade do laser novamente para 1 nW e aumente o comprimento de onda para 600 nm. O que você observa na tela de fósforo?</p><p>R: É quase imperceptível o ponto claro na tela.</p><p>6 – Determine o comprimento de onda máximo em que ocorre a emissão de elétrons do metal.</p><p>R – Com 460nm não ocorre emissão de elétrons.</p><p>7 – Mova o cursor do mouse sobre o pico e anote a energia cinética e a intensidade dos elétrons na tabela de dados. A unidade de energia cinética está em 10^-19 J, então anote 10^-19 para todo dado de energia que você coletar. Aumente o comprimento de onda em incrementos de 10 nm e anote, na tabela, a energia cinética e a intensidade do pico para cada comprimento de onda. Observe o que acontece se você continuar a aumentar o comprimento de onda depois de atingir o comprimento de onda máxima em que há emissão de elétrons do metal. Isso condiz com o que havia observado anteriormente?</p><p>R: Sim não há mais elétrons se desprendendo do metal e nem energia cinética.</p><p>A partir dos dados da tabela, plote o comprimento de onda da luz incidente versus a energia cinética dos elétrons ejetados do metal. Inclua alguns valores maiores de comprimento de onda que você observou na etapa 9. Rotule o eixo x como comprimento de onda (nm) e o eixo y como energia cinética (10^-19 J).</p><p>Dados coletados:</p><p>Energia cinética (19^-19 J)</p><p>Complemento de Onda (nm)</p><p>0,63</p><p>400</p><p>0,47</p><p>410</p><p>0,31</p><p>420</p><p>0,26</p><p>430</p><p>0,157</p><p>440</p><p>0</p><p>450</p><p>0</p><p>460</p><p>Gráfico dos dados:</p><p>8 – O que a forma do grafico demonstra? O que significa, no grafico, quando a energia cinetica</p><p>cai para zero?</p><p>R: Quanto maior a amplitude da onda menor e a energia cinetica. Quando a energia cinetica cai para zero, significa que não a mais emissão de elétrons do metal.</p><p>A partir dos dados da tabela, plote a energia do laser versus a energia cinetica dos elétrons. Inclua alguns valores maiores de comprimento de onda que coçê observou na etapa 9. Rotule o eixo x como energia do laser (10-19 J) e o eixo y como energiacinetica em (10-19 J).</p><p>DADOS:</p><p>ENERGIA CINETICA (19^-19 J)</p><p>ENERGIA DO LASER (W)</p><p>0</p><p>1,00 E - 12</p><p>8,84</p><p>1,00 E - 09</p><p>8,84</p><p>1,00 E - 06</p><p>8,84</p><p>1,00 E - 03</p><p>8,84</p><p>1,00</p><p>8,84</p><p>1,00 E + 03</p><p>GRÁFICO:</p><p>9 – Qual a relação entre a energia da luz incidente e a energia dos elétrons ejetados do metal?</p><p>R: Quando a energia fica menor que 1000p/s não há mais registro de energia cinética considerável, e com o aumento da potência da luz incidente, não é constatado variação na mesma.</p><p>10 – Diminua o comprimento de onda para um valor em que há emissão de elétrons do metal. Observe o que acontece com o pico quando você aumenta e diminui a intensidade. Você terá de ampliar algumas regiões do gráfico para observar as mudanças.</p><p>R: O pico varia com o aumento da intensidade da luz e quando maior a intensidade da luz maior o pico.</p><p>11 – Baseando-se neste experimento, explique por que a luz violeta causa a emissão de elétrons, mais a luz laranja não. O que importa na formação de fotoelétrons: intensidade ou comprimento de onda?</p><p>R: A luz violeta está na parte da amplitude da onda que ocorre a emissão de elétrons, já a cor laranja se forma por volta dos 600nm, amplitude de onda fora de região limite que consegue emitir elétrons, o limite é no máximo 450nm.</p><p>Na formação de fotoelétrons o que importa é a intensidade da luz ou radiação.</p><p>CONCLUSÃO:</p><p>Todos os experimentos realizados no lab virtual sobre Difração e Interferência e Efeito Fotoelétrico foram bem sucedidos.</p><p>Energia Cinética x Amplitude Onda	400	410	420	430	440	450	460	0.63000000000000023	0.47000000000000008	0.31000000000000011	0.26	0.15700000000000006	0	0	Amplitude Onda ( nm)</p><p>TEnergia Cinética (10^-19 J)</p><p>Energia Cinética x Energia do Laser</p><p>Energia Cinética x Energia do Laser	1.0000000000000018E-12	1.0000000000000009E	-9	1.000000000000001E-6	1.0000000000000005E-3	1	1000	0	8.84	8.84	8.84	8.84	8.84	Amplitude Onda ( nm)</p><p>TEnergia Cinética (10^-19 J)</p><p>image18.png</p><p>image1.png</p><p>image6.png</p><p>image12.png</p><p>image2.png</p><p>image10.png</p><p>image8.png</p><p>image7.png</p><p>image22.png</p><p>image14.png</p><p>image3.png</p><p>image5.png</p><p>image11.png</p><p>image20.png</p><p>image21.jpg</p><p>image16.png</p><p>image15.png</p><p>image17.png</p><p>image19.png</p><p>image4.png</p><p>image9.png</p><p>image13.png</p>