Física das Radiações - Radiação

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Física das Radiações 
Radiação 
“... Cada pedaço, ou parte da natureza 
inteira é sempre meramente uma 
aproximação da verdade 
completa, ou a verdade completa 
até onde a conhecemos. De fato, 
tudo que conhecemos é apenas 
algum tipo de aproximação, 
porque sabemos que não 
conhecemos todas as leis até o 
momento. Portanto, as coisas 
devem ser aprendidas só para 
serem desaprendidas ou, mais 
provavelmente, para serem 
corrigidas.” 
1918-1988 
Conhecimento 
Radiação 
• Energia em trânsito; 
• Similar ao calor que é energia térmica em 
trânsito, assim como o vento é o ar em 
trânsito. 
• Radiação é uma forma de energia, emitida por 
uma fonte e transmitida através do vácuo, do 
ar ou de meios materiais. 
Formas de radiação 
• Corpusculares 
• Eletromagnéticas 
Radiação Corpuscular 
α 
p 
e+ e 
n 
Podem ser emitidas de núcleos instáveis e feixes podem ser produzidos em acelerados 
β- β+ 
Radiação Eletromagnética 
C=3x108m/s 
Energia eletromagnética ou energia radiante 
Radiação Eletromagnética 
Radiação Eletromagnética e o corpo 
humano 
• Intensidade de uma 
onda é a quantidade de 
energia propagada por 
unidade de área e 
tempo (W/m2). 
• Radiação depende da 
frequência ν 
 
ar pele 
Radiação eletromagnética e o corpo 
humano 
λ
ν hchE ==
Intensidade de radiação 
eletromagnética monoenergética 
• Também conhecida como monocromática. 
 
 
 
• A intensidade é dada pelo número de fótons 
N, multiplicado pela energia de cada fóton, 
por unidade de área e tempo. 
At
Nh
At
EI ν==
Absorção da radiação eletromagnética 
• Quanto maior a energia da radiação 
eletromagnética, maior é a penetração da 
mesma? 
• ERRADO 
Absorção da radiação eletromagnética 
• Costumamos dizer que um dado material é 
transparente quando ele transmite luz visível, 
isto é, não a absorve. 
• O vidro é bastante transparente às ondas de 
rádio, mas é razoavelmente opaco às 
radiações UV e IV. 
Absorção da radiação eletromagnética 
• 1cm de vidro é capaz de bloquear 50% da 
radiação UV de 316nm. 
• As micro-ondas penetram facilmente os 
vidros, mas são fortemente absorvidas pela 
água. 
• A radiação IV é fortemente absorvida pelo 
vidro e pela água. 
Absorção da radiação eletromagnética 
• A penetração ou transmissão de um dado 
material não é função monotonicamente 
crescrente ou decrescente com a frequência 
da onda eletromagnética. Quando a absorção 
é grande, é porque a probabilidade de 
interação é grande e, em razão disso, a 
transmissão é pequena. 
Profundidade de Penetração 
• É a distância percorrida pela radiação até que 
a sua intensidade seja reduzida a 1/e (cerca de 
36.8%) do valor de entrada, ou a distância até 
a qual 63.2% da energia radiante é absorvida 
pelo meio. 
Radiações Ionizantes 
• Uma radiação é dita ionizante se for capaz de 
arrancar um elétron de um átomo ou de uma 
molécula, ao qual ele está ligado por força 
elétrica; caso contrário, é considerada não 
ionizante 
Radiações Ionizantes 
• O termo radiação ionizante refere-se a 
partículas capazes de produzir ionização em 
um meio, sendo diretamente ionizantes as 
partículas carregadas, como elétron, 
pósitrons, prótons, partículas α, e 
indiretamente ionizantes as partículas sem 
carga, como fótons e nêutros. 
Radiações ionizantes 
Modelos atômicos 
• Todas as coisas eram constituídas 
por uma infinidade de partículas 
minúsculas, invisíveis, cada uma 
delas sendo eterna e imutável. A 
estas unidades mínimas 
Demócrito deu o nome de átomos 
• se os átomos também fossem 
passíveis de desintegração e 
pudessem ser divididos em 
unidades ainda menores, a 
natureza acabaria por se diluir 
totalmente. 
• Os átomos eram unidades firmes 
e sólidas. 
• Não podiam ser iguais. 
Demócrito (460 – 370 a. C.) era natural 
da cidade portuária de Abdera, na 
costa norte do mar Egeu 
Átomismo (Grécia) 
• Variedade de materiais na 
natureza provinha dos 
movimentos dos diferentes tipos 
de átomos, que ao se chocarem, 
formavam conjuntos mariores 
gerando diferentes corpos com 
características próprias. 
• Água: átomos ligeiramente 
esféricos (escoa fácil) 
• Terra: átomos cúbicos (estável e 
sólida) 
• Fogo: átomos pontiagudos (fogo 
fere) 
• Ar: átomos em movimentos 
turbilhonantes (ventos) 
• Alma: átomos mais lisos, mais 
delicados e mais ativos que 
existem 
Demócrito (460 – 370 a. C.) era natural 
da cidade portuária de Abdera, na 
costa norte do mar Egeu 
Átomismo (Grécia) 
• Completou a idéia de Demócrito 
ao sugerir que haveria um limite 
para o tamanho dos átomos, 
justificando a razão de serem 
invisíveis. 
• Os átomos podem se chocar e dar 
origem a novos materias. 
Átomismo(grécia) 
Epicuro (341 – 270 a. C.) era natural 
da cidade da Ilha de Samos 
• Acreditava que a matéria seria 
constituída de elementos da 
natureza como fogo, água, terra e 
ar que misturados em diferentes 
proporções, resultariam em 
propriedades físico-químicas 
diferentes 
Átomismo(grécia) 
Aristóteles (384 – 322 a. C.) era 
natural da cidade de Estagira 
O que são átomos? 
• Menor partícula que ainda caracteriza um elemento químico; 
• Núcleo com carga positiva; 
• Cerca de 99,9% da massa do átomo está no núcleo; 
• A quantidade de elétrons determina o tamanho do átomo; 
• Até fins do século XIX o átomo era considerado a menor porção da matéria; 
• Nas últimas duas décadas do século XIX são descobertos os prótons e os 
elétrons; 
• Depois a descoberta do nêutron... 
• Partículas subatômicas; 
• Revisão do conceito de átomo; 
 
Dalton (1808) 
• afirmava que o átomo era a partícula elementar, a menor partícula que 
constituía a matéria. 
• Em 1808, Dalton apresentou seu modelo atômico: o átomo como uma 
minúscula esfera maciça, indivisível, impenetrável e indestrutível. 
• Para ele, todos os átomos de um mesmo elemento químico são iguais, até 
mesmo as suas massas. 
• Hoje, nota-se um equívoco pelo fato da existência dos isótopos, os quais são 
átomos de um mesmo elemento químico que possuem entre si massas 
diferentes. 
• Seu modelo atômico também é conhecido como "modelo da bola de bilhar 
Thomson (1897) 
• Pesquisando os raios catódicos, o físico inglês J. J. Thomson demonstrou que os 
mesmos podiam ser interpretados como sendo um feixe de partículas 
carregadas de energia elétrica negativa, as quais foram chamadas de elétrons. 
• Utilizando campos magnéticos e elétricos, Thomson conseguiu determinar a 
relação entre a carga e a massa do elétron. 
 
 
 
 
Ampola de Crookes 
Thomson (1897) 
• Ele conclui que os elétrons (raios catódicos) deveriam ser constituintes de todo 
tipo de matéria pois observou que a relação carga/massa do elétron era a 
mesma para qualquer gás que fosse colocado na Ampola de Crookes (tubo de 
vidro rarefeito no qual se faz descargas elétricas em campos elétricos e 
magnéticos). 
• Com base em suas conclusões, Thomson colocou por terra o modelo do átomo 
indivisível e apresentou seu modelo, conhecido também como o "modelo de 
pudim com passas": 
Rutherford (1911) 
• O modelo atômico de Rutherford é baseado nos resultados da experiência que 
Rutherford e seus colaboradores realizaram: 
• bombardeamento de uma lâmina muito fina (delgada) de ouro (Au) com 
partículas alfa (que eram positivas). 
 
 
 
 
 
 
• ele observou que a maioria das partículas a atravessavam a lâmina de ouro sem 
sofrer desvio em sua trajetória; que algumas das partículas sofriam desvio em 
sua trajetória; outras, em número muito pequeno, batiam na lâmina e 
voltavam. 
Rutherford (1911) 
• Rutherford concluiu que a lâmina de ouro não era constituídade átomos 
maciços e propôs que um átomo seria constituído de um núcleo muito 
pequeno carregado positivamente (no centro do átomo) e muito denso, 
rodeado por uma região comparativamente grande onde estariam os elétrons 
em movimentos orbitais. Essa região foi chamada de eletrosfera. 
 
• Segundo o modelo de Rutherford, o tamanho do átomo seria de 10 000 e 100 
000 vezes maior que seu núcleo. 
• Observemos que Rutherford teve que admitir os elétrons orbitando ao redor 
do núcleo, porque, sendo eles negativos, se estivessem parados, acabariam 
indo de encontro ao núcleo, que é positivo. 
 
Bohr (1913) 
• Bohr, baseando-se nos estudos feitos em relação ao espectro do átomo de 
hidrogênio e na teoria proposta em 1900 por Planck (Teoria Quântica), segundo 
a qual a energia não é emitida em forma contínua, mas em ”blocos”, 
denominados quanta de energia, propôs os seguintes postulados: 
 
Bohr (1913) 
nn rn πλ 2=
• Primeiro Postulado: 
 Um elétron pode girar em torno de seu núcleo indefinidamente, sem irradiar 
energia, desde que sua órbita contenha um número inteiro de comprimento de 
onda de de Broglie. Essa órbita é chamada órbita estacionária pois nela a onda 
associada ao elétron é estacionária. Numa onda estacionária, os nós estão 
permanentemente em repouso e os ventres sofrem deslocamentos máximos. 
Sendo o comprimento de circunferência de uma órbita circular de raio r, a 
condição de estabilidade do elétron na órbita pode ser escrita como: 
 
Bohr (1913) 
• Níveis de energia 
 Várias órbitas permitidas envolvem diferentes energias do elétron. A energia 
do elétron no n-ésimo estado do átomo de hidrogênio pode ser deduzida a 
partir das leis de Newton e de Coulomb. 
 
 
 
Bohr (1913) 
• O segundo Postulado: 
 A Radiação eletromagnética é emitida ou absorvida quando o elétron faz uma 
transição de uma órbita estacionária a outra. Por outro lado, enquanto a órbita 
do elétron permanecer a mesma, o átomo não perderá nem ganhará energia. 
Portanto, quando um elétron passa de um nível de energia para outro, a 
energia perdida ou ganha é emitida ou absorvida sob forma de um único fóton 
de frequência ν. 
Excitação 
Desexcitado 
Fóton 
Tempo decorrido: 10-8 segundos 
Espectro de emissão 
• Johann J. Balmer, em 1885, obteve uma fórmula empírica que fornecia os 
comprimentos de onda do conjunto de linhas espectrais, que foi denominado 
de série de Balmer. Tal série corresponde, segundo o modelo de Bohr, a 
radiações eletromagnéticas emitidas pelo átomo de hidrogênio quando o 
elétron efetua a transição de n(inicial) ≥ 3 para n(final)=2. 
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	Radiação Eletromagnética
	Radiação Eletromagnética
	Radiação Eletromagnética e o corpo humano
	Radiação eletromagnética e o corpo humano
	Intensidade de radiação eletromagnética monoenergética
	Slide Number 11
	Absorção da radiação eletromagnética
	Absorção da radiação eletromagnética
	Absorção da radiação eletromagnética
	Absorção da radiação eletromagnética
	Profundidade de Penetração
	Radiações Ionizantes
	Radiações Ionizantes
	Radiações ionizantes
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	Átomismo (Grécia)
	Átomismo (Grécia)
	Átomismo(grécia)
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	O que são átomos?
	Dalton (1808)
	Thomson (1897)
	Thomson (1897)
	Rutherford (1911)
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	Bohr (1913)
	Bohr (1913)
	Bohr (1913)
	Bohr (1913)
	Slide Number 35
	Espectro de emissão