Alquimia cosmica - aula 2

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A origem dos 
elementos químicos 
da tabela periódica
Prof. Alan Alves Brito
01
Conteúdo Programático
Espectroscopia 
Fundamentos teóricos e observacionais Espectro 
eletromagnético e as leis de Kirchhoff
Interação luz-matéria em Astrofísica
Dispersão da luz 
Classificação de espectros estelares com base na 
composição química
Atividade prática/demonstração
02
Características Procuradas
2 • O Universo e sua origem
Distância à Terra Gravidade superficial
Brilho Temperatura
Luminosidade
Outras…
Evolução
Cor
Rotação
Tipo espectral
Campos magnéticos
Massa
Composição química
Raio
Idade
Densidade
Origem
03
Motivação
Aglomerados Abertos
estrelas jovens
Aglomerados Globulares
estrelas velhas
04
Radiação Eletromagnética
Luz emitida pelos objetos 
astrofísicos: chave para 
entendimento do Universo 
Temperatura, composição 
química, movimento: 
obtidos a partir da 
radiação eletromagnética 
05
Natureza da Luz
Isaac Newton acreditava que a luz era composta de 
partículas.
Christian Huygens acreditava que a luz era uma onda.
Duas visões do século XVII:
06
Onda Transversal
A velocidade da luz no vácuo, c, é uma constante da 
natureza : c = 300 000 km/s
Onda se propaga não paralelamente ao pulso
07
Dualidade Onda - Partícula
Radiação Eletromagnética
Onda 
Campos Elétrico e Magnético 
Comprimento de onda: λ 
Frequência: ω = 2πf
Partícula – Fóton 
Produção e Conversão 
Momento: p 
Energia: E
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Onda Mecânica
Precisa de um meio material para se propagar
Som Onda em 
corda 
Onda em 
mola
Ondas na 
água 
Ondas Mecânicas
09
Onda Eletromagnética
Não precisa de um meio material para se propagar
luz Raio x outras
Micro 
ondas
Ondas 
de 
rádio
Ultra
violeta 
Ondas eletromagnéticas
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Diferentes Janelas
Figura fora de escala
11
Espectro Eletromagnético
12
Espectro Eletromagnético
13
Teoria de Radiação
1859-60: físicos encontraram um problema:
Como descrever, matematicamente, como um corpo 
aquecido irradia energia, isto é: quanto ele emite em 
cada comprimento de onda?
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Teoria de Radiação
Absorve toda
a energia que 
possa incidir
sobre ele.
Emite o máximo
de energia em
todos os
comprimentos
de onda
para uma dada
temperatura.
corpo
negro
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Teoria de Radiação: 
Catástrofe do UV
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Quantização de Energia de 
Max Planck
A matéria emite radiação eletromagnética cuja 
energia é proporcional à sua frequência de vibração 
sendo h a constante de proporcionalidade.
Intensidade, 
l(v, T) 
corresponde 
ao espectro 
de corpo 
negro para 
uma dada 
temperatura. 
17
18
Augusto Conte, 1835, referindo-se ao Sol, 
estrelas e planetas
“Nós podemos determinar as suas formas e 
suas distâncias, os seus tamanhos e os seus 
movimentos mas nunca seremos capazes de 
conhecer a sua composição química”.
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Leis de Kirchhoff
Nos anos 1860, Gustav Kirchhoff formula as leis que resumem 
as diferentes formas (espectros ) como a matéria emite.
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Leis de Kirchhoff
1ª Lei: Um objeto no estado sólido, líquido ou gasoso 
(denso), e sob alta pressão, produzirá um espectro 
contínuo de emissão, quando aquecido.
2ª Lei: Um gás a baixa pressão e a temperatura 
suficientemente alta produzirá um espectro de linhas 
brilhantes de emissão. 
3ª Lei: Um gás a baixa pressão e temperatura, que se 
localize entre uma fonte de radiação contínua e um 
observador, produzirá um espectro de linhas de 
absorção, ou seja, um conjunto de linhas superpostas 
ao espectro contínuo. 
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Leis de Kirchhoff
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Linhas de Absorção
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Intensidade das Linhas
A forma verdadeira 
da linha reflete as 
propriedades da 
atmosfera da estrela:
temperatura, pressão, 
gravidade superficial, 
densidade e velocidade 
das partículas. 
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Relíquia do Universo
Objeto (estrela) mais 
velho do Universo, 
descoberto 
recentemente (Keller 
et al., Nature 2014), 
com 13,6 bilhões de 
anos.
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Infravermelho
26
Efeito Doppler
27
Efeito Doppler
28
29
Créditos:
ESO
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Referências
Andery, M. et al. Para compreender a ciência: uma 
perspectiva histórica. 16a edição. Rio de Janeiro: 
Garamond, 2012.
Bennett, J., Donahue, M., Schneider, N., & Voit, M. The 
Essential Cosmic Perspective. Sixth Edition. 
 Kepler, S.O., Oliveira Saraiva, M. F. Astronomia e 
Astrofísica, 2014 e a Versão eletrônica do livro
Angelo Stefanovits, Ser protagonista: Física 1o e 3o 
anos, 2a edição, São Paulo, Edições SM, 2013. 
Luiz Carlos de Menezes et al., Quanta Física, 2o ano, 2a 
edição, São Paulo, Pearson Education do Brasil, 2013. 
Brasil, Parâmetros Curriculares Nacionais: 
Ensinos Fundamental e Médio. 2002