05 Espectrômetro

Prévia do material em texto

Universidade Estadual de Mato Grosso do Sul – UEMS
Curso de Licenciatura em Física
Espectrômetro
Disciplina: Laboratório de Física Moderna
Prof. Dr. Sandro Marcio Lima
Dourados, 2007
1. Introdução
O espectrômetro foi usado no princípio para identificar as diferentes linhas de emissão 
(ou absorção) de amostras gasosas quando colocadas entre uma fonte de luz contínua e o 
observador. Hoje em dia é um instrumento muito importante para análise química de 
diferentes materiais, estejam eles na forma líquida, sólida ou gasosa. Identificar a composição 
química de um material seria a mesma coisa de obter sua impressão digital, pois cada um tem 
uma forma definida para absorver ou emitir radiação eletromagnética. Assim, o 
espectrômetro pode ser usado para identificar compostos não identificados previamente, ou 
quando se objetiva determinar qual a composição de uma determinada mistura, etc. Devido à 
importância deste experimento, e principalmente sua contribuição para o entendimento da 
estrutura atômica no início do século passado, este roteiro foi montado para que os alunos do 
Laboratório de Física Moderna pudessem confirmar suas qualidades. 
2. Apresentação do equipamento
Na mesa onde o espectrômetro está montado existe uma figura com a descrição de 
todos os componentes que compõem o equipamento. Antes de proceder com o experimento o 
aluno deve observar a figura e fazer um reconhecimento de tudo que lhe é oferecido.
Para fazer a leitura do ângulo na escala “Vernier”, primeiramente encontre onde o 
ponto zero se alinha com o escala angular, e grave este valor. Se o ponto zero está entre duas 
linhas, use o menor valor. Por exemplo, na figura abaixo, o ponto zero da escala está entre 
155o e 155o30’, logo, marque 155o. Em seguida, use a lupa disponível na bancada para 
encontrar qual linha da escala vernier se alinha com a escala angular. Na figura, este 
alinhamento corresponde à medida de 15’ de arco. Adicione este valor ao registrado 
anteriormente, isto é, 155o, para obter o valor correto da medida, 155o15’. Este resultado em 
graus equivale a 155,25o.
2
3. Procedimento experimental para alinhamento do espectrômetro
 
 CUIDADO: nunca toque com os dedos nos componentes ópticos (lentes, 
prismas, rede de difração, etc).
3.1. Olhando através do telescópio ajuste a objetiva, movendo-a para dentro e para fora, até 
que as linhas cruzadas que se observa através do telescópio fiquem bem nítidas;
3.2. Solte o anel de ajuste das linhas cruzadas do telescópio e gire-o até que uma das linhas 
observadas no telescópio fique na vertical. Em seguida aperte o anel;
3.3. Gire a base da mesa do espectrômetro apontando o telescópio para um objeto distante, do 
outro lado da sala, e ajuste o seu foco observando as linhas cruzadas do telescópio enquanto 
gira o botão de ajuste do foco do telescópio;
3.4. Abra aproximadamente 2mm a fenda do colimador girando seu botão de ajuste;
3.5. Alinhe o telescópio e o colimador, como mostrado na figura abaixo;
3.6. Foque o colimador girando o seu botão de ajuste (Note que não é o mesmo botão do 
telescópico). A abertura da fenda deve ser observada no centro do visor do telescópio;
3.7. Aproxime a fonte de luz da fenda do colimador e ligue-a na tomada;
3.8. Feche a fenda do colimador até que uma pequena abertura vertical seja observada através 
do telescópio;
3.9. Aperte o parafuso “lock screw” do rotacionador do telescópio e, girando seu botão de 
ajuste fino, procure colocar a abertura da fenda alinhada com a linha vertical do telescópio. 
Caso não estejam coincidindo verticalmente, repita o procedimento 3.2. até que ambos 
fiquem alinhados. Após o alinhamento, solte o parafuso “lock screw” do rotacionador do 
telescópio;
3.10. Observe a marca de uma linha reta, pintada de branco, na mesa do espectrômetro. Ela 
deve estar paralela ao eixo ótico do conjunto telescópio+colimador. Caso ache necessário, 
solte o fixador da base da grade e faça este alinhamento. Lembre-se de apertar o fixador após 
o alinhamento;
3.11. Com a ajuda do técnico ou do professor, coloque a rede de difração sobre a mesa do 
espectrômetro;
3.12. Verifique se a imagem da lâmpada ainda está alinhada com a linha vertical do 
telescópio. Se não estiver, repita o procedimento 3.9.. Em seguida, meça o ângulo θο na 
escala “Vernier” (cada aluno pode tirar sua medida independente, um em cada escala 
“Vernier” do espectrômetro);
3.13. Gire a base da mesa do espectrômetro para um sentido (para sua direita ou sua 
esquerda) e, observando no telescópio, encontre uma linha de emissão da lâmpada;
3
3.14. Aperte o parafuso “lock screw” do rotacionador do telescópio e girando seu botão de 
ajuste fino, alinhe a linha de emissão da lâmpada com a linha vertical do telescópio. Em 
seguida, o aluno deve fazer a sua leitura do ângulo θ na escala “Vernier” e anotar a cor da 
linha medida (violeta, azul, verde, amarela, etc), inclusive a ordem de difração (n = 1, 2, ...);
3.15. Solte o parafuso “lock screw” do rotacionador do telescópio e gire-o para o outro lado, 
a fim de observar a mesma linha vista em 3.14. Repita o procedimento 3.14 para esta linha;
3.16. Se a rede estiver alinhada, os ângulos de difração (θ - θo) medidos em 3.14 e 3.15 serão 
idênticos. Caso isto não ocorra, encontre qual deve ser o ângulo para girar a rede de difração 
e em seguida aperte o parafuso “lock screw” do rotacionador da mesa e com o seu botão de 
ajuste fino alinhe a posição requerida na escala “Vernier”. 
3.17. Repita os passos de 3.12 a 3.16 até que os ângulos de difração de ambos os lados sejam 
idênticos.
4. Procedimento experimental para coleta de dados
4.1. Faça a leitura do ângulo θo. 
4.2. Gire o telescópio primeiro para a direita e depois para a esquerda para localizar as linhas 
de emissão da lâmpada e, para cada uma, anote os seguintes dados:
Ordem (n) Cor da linha θ (direita) θ (esquerda)
4.3. Os comprimentos de onda (λ) para cada uma das linhas podem ser encontrados pela 
fórmula:
n
sena o )( θθλ −×=
Com a sendo o tamanho da ranhura da rede de difração (Não se esqueça de pedir ao professor 
ou ao técnico qual rede de difração foi usada no experimento);
4.4. Com a ajuda do técnico ou do professor, substitua a rede de difração e repita os passos de 
4.1. a 4.3..
5. Questionário
5.1. Explique o funcionamento de uma rede de difração e deduza a equação usada para 
encontrar o comprimento de onda da luz?
5.2. Compare os resultados obtidos com as diferentes redes de difração e comente seu 
resultado?
5.3. Procure saber na literatura quais são os comprimentos de onda emitidos pela lâmpada 
que foi usada em seu experimento e compare com o valor encontrado.
4