Determinação do número de linhas de um CDR

Introdução

O que é espectroscopia?

Pode-se dizer que é o estudo das medidas de absorção ou emissão de radiação pela matéria, na qual se conhece melhor suas estruturas atômicas que forma o material a ser estudado, existindo varias técnicas para diferentes finalidades, como: no estudo da astronomia, controle de qualidade em medicamentos, na perícia forense, identificação de novos materiais e etc.

E essa radiação é a transmissão de energia sob várias formas, podendo ser radiação corpuscular e eletromagnética.

A luz solar, também chamada de luz branca, pode ser decomposta em vários espectros de cores diferentes, denomina-se espectro eletromagnético a descrição dos diversos tipos de ondas eletromagnéticas em função do comprimento de onda ou da frequência. As principais ondas considerando um espectro abrangendo o comprimento de onda entre zero e infinito.

Dessa parte da radiação que chega, apenas uma pequena faixa é visível aos olhos estando compreendida entre 400nm a 700nm.

      

O estudo da luz ao longo da história da ciência começou a se desenvolver com Isaac Newton por volta de 1665 através de experimentos com prismas detectou diferentes tipos de "raios luminosos", produzindo cores diferentes.

Friedrisch Herschel prosseguiu os estudos de Newton sobre a luz e em 1800, usando um termômetro verificou que em uma região acima da cor vermelha irradiava muito calor, descobrindo assim a região infra vermelha.

Em 1802 Thomas Young identificou o fenômeno da interferência na luz, calculando o comprimento de onda para diversas cores já relatada por Newton, mas sua pesquisa não foi bem aceita pois se tinha em mente a natureza apenas corpuscular da luz.

Quase na mesma época o químico William Hyde Wollaston em seus estudos constatou linhas escuras do espectro solar que fomentaram a descoberta de elementos químicos do sol.

Seguindo o mesmo estudo de Wollaston, Joseph von Fraunhofer descreveu mais de 500 linhas escuras que foram importantes para estabelecer a composição química da atmosfera solar, também construiu as primeiras redes de difração medindo assim os comprimentos de onda das cores e linhas escuras do espectro do sol.

E os estudos sobre radiações foram se aprimorando até a construção do primeiro espectroscopio(é um instrumento destinado a separar os diferentes componentes de um espectro óptico) feito por Robert Bunsen e Kichhoff.

O conhecimento sobre espectros e radiações foram se ampliando, desde teorias de absorção e emissão de luz, espectro de uma nebulosa, descoberta do elétron, quantização da energia eletromagnética.

Há vários cientistas que ao longo desse processo contribuíram bastante ao desenvolvimento da espectroscopia é atualmente e sua aplicabilidade, falamos de maneira bem sucinta para apenas dar uma dimensão desse processo evolutivo que é a ciência.

A produção desse blog provém de uma disciplina  de mestrado em Ensino de Ciências e Matemática da Ufam, chamada de Ciência Cidadã  da Prof.Dr. Marisa Cavalcante, pesquisadora e escritora, que nos fez refletir sobre como está sendo feito o ensino de física moderna do ensino médio, que as vezes não é visto ou quando é feito acaba sendo de forma muito superficial, mas que é de suma importância para compreender a tecnologia que se utiliza, de que forma é produzida, e que o termo científico acaba sendo usado nas mídias de forma leviana, para vender produtos que em seus aspectos gerais nada tem a ver com o científico, e cabe a nós como profissionais da educação mostrar aos nossos alunos, ter esse entendimento do que é ciência e que são pseudo ciências, ou seja, não há nenhuma comprovação científica, mas que se utilizam do termo para dar legitimidade a algum produto.

A proposta da disciplina é a elaboração de experimentos sobre física moderna, que possam ser realizados em sala de forma a melhorar o entendimento do aluno quanto ao conteúdo ministrado, saindo um pouco da aula tradicional de quadro e pincel, assim ao construir o experimento em sala o discente irá assimilando os conceitos na prática.

Mostraremos todo o processo de construção  dos experimentos, o que deu certo, o que deu errado, de forma a contribuir no processo de ensino- aprendizagem.              

O primeiro experimento é a  determinação do número de linhas de um CDR e a construção de um espectroscópio caseiro

Material utilizado: 

• 1 ponteira laser vermelha;
• caixa de papelão;
• 1 CDR;
• Fita crepe;
•  Papel milimetrado;
• Régua;
• Lápis;
• estilete; cm
• celular; 
• papel cartão;
• cola branca

Construção a base da ponteira laser

Pra que seja possível o cálculo do número de linhas de um CDR é necessário que se construa uma base fixa tanto para o laser quanto para o anteparo, existem muitas diversos exemplos na literatura  e até mesmo na rede que estão acessíveis para o aluno, mas aconselhamos que o aluno crie sua próprio material. No entanto, deixaremos como exemplo o protótipo criados pelos os professores do blog. 

mostraremos primeiramente a construção do protótipo e em seguida a construção do material didático com o material que nos tínhamos acesso e no improviso.

Para o cálculo do número de linhas do CDR foi construído primeiramente duas bases (uma para o laser e outra para o anteparo) mostrado nos esquema abaixo

Figura-01: esquema de construção da base do experimento

1-Corte 5 (cinco) placas de papelão com o tamanho de 7 cm x 28 cm, 

2- Cole duas placas que servirão como a base do experimento;

3-Em uma das das placas faça um pequeno furo para que seja colocado o a ponteira laser;

4-Corte duas placas ao meio para servir como sustentação a placa na qual será colocada a ponteira laser e cole com a cola branca como mostra a figura-01

5-cole a placa que dará a sustentação  para a ponteira laser (imagem n° 3);

6- A base terá a configuração final como mostra a imagem n° 09 de perfil

obs: caso a base seja feita de madeira torna-se desnecessário as duas placas de apoio, pode-se utilizar folhas de compensado e para fixá-la cola para madeira.

Construindo a base que será fixado a placa de medição com o papel milimetrado

Figura-02:  esquema para a construção do anteparo

Figura-03: aspecto final do anteparo

Metodologia

Antes de proceder com o experimento é aconselhável que o aluno de uma olhada nos conceitos e formulas que serão envolvidos durante o experimento.

passo 1- primeiro pegamos o CDR e retiramos a parte espelhada, veja o vídeo que está disponível no linque abaixo:
Para retirar  a parte espelhada do CDR usaremos os seguintes materiais: fita crepe e estilete. primeiramente envolvemos o CDR com fita crepe ate forma uma fina camada como mostra a figura 01 e 02, em seguida usamos o estilete para fazer um pequeno corte para que a  parte espelhada solte como mostra a figura 04, até que finalmente a parte espelhada ou refletora saia por completo. 

video para a construção do experimento

imagem 01:

imagem 02:

imagem 03:

imagem 04:

imagem 05:

imagem 06

figura 07: 

Determinação do seno do ângulo θ

Para a determinação do N usaremos as seguintes equações.

Nλ=dsenθ

N= 1

d= ?

λ= comprimento de onda do laser usado, no caso do experimento utilizamos um laser vermelho de λ variando entre 630 a 680 nm

Passo 1º: Construímos a base para o laser e o CDR como demonstrado n o esquema  da figura a 01 e 02. Improvisamos a base como papelão, cola e fita crepe o resultado é mostrado na figura 08

imagem 08

imagem 09

Através desse primeiro protótipo construímos um modePara lo um pouco mais melhorado, também utilizando papelão transformando em papel prensado. 

imagem 10

2º Passo. Para calcular o seno do ângulo.

Nλ=dsenθ

senoƟ	D	x
0,447	12,5	6,25

Para cálculo de d

d=?

n=1

senoƟ=0,447

nʎ=dsenoƟ

1*680*10^-9-=d*0;447

d=680*10^-9/0,447

d=1454*10^-9