Coordenador do NEPE, PIBID de Geografia -FBJ, CoordenadorMestre e Doutor (Phd) em Geografia - UFPE

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Doutor em Geografia (stricto sensu) - Universidade Federal de Pernambuco - UFPE (2012); Mestre em Gestão e Politicas Ambientais (stricto sensu) - UFPE (2009); Especialista em Ensino Superior de Geografia (lato Sensu) - Universidade de Pernambuco - UPE (1998); Licenciatura Plena em Geografia - Centro de Ensino Superior de Arcoverde - CESA (1985);   Coordenador do PIBID - Geografia Professor; Orientador de Trabalhos de Conclusão de Curso - TCC, na Graduação e Pós-Graduação (Latu Sensu).

terça-feira, 15 de novembro de 2016

OFICINA - PIBID - Construindo Um Espectrômetro



OFICINA DE GEOGRAFIA - PIBID -
Construindo Um Espectrômetro.

Texto revisado com exercício.




Passos do Projeto:


1. Pesquisa de referencias

2. pesquisa no site do modelo maquete do espectrômetro;

2.Montagem do aula no fomato PPT (Dowloand no slideshare)

3.Aula com exposição oral do conteúdo teórico em oficina;

4. Construção do Espectrômetro(exposto aqui passo a passo);

5. Prática de captação de espectrômetro com uso da câmera do celular

6. Aplicação na Geografia nas aulas de astronomia;

7.Exercício prático

8. Estudo de texto: Espectroscopia o Universo das Cores;

9.Modelo de espectrômetro para imprimir: Dowloand



Aula em PPT disponível no site Slideshare: Dowloand




A construção do espectrômetro

1.Entre no site spectralworkbench.org e baixe o modelo em pdf e imprima. A face interna(verso) na cor preta e externa branca (frente). No site é possível comprar original em cor preta, mas por tratar de uma oficina optou-se por baixar o modelo e imprimir. Lembrando que é fundamental que a parte interna esteja em cor preta.



Figura 1. Modelo original disponibilzado no site e em sua totalidade na cor preta.



Figura 2. Modelo baixado e impresso em cor branca na parte externa e preto na parte interna.

2.Recortando o modelo nas linhas retas(____) e dobrando nas linhas pontilhadas(------).



3.Recortando a lente do espectometro utilizando um cd usado. É preciso remover a película prateada para que a lente fique translucida, portando você deve usar fita adesiva para sua remoção.



Fixando a lente, lembrando que o ideal é fixar com fita adesiva. Na figura seguinte ver-se o espectometro na cor branca conforme praticado na oficina.

Espectrômetro branco utilizado na oficina. A parte interna na cor preta e na externa branca.

Como utilizar o espectrômetro

Deixe a luz de alguma fonte luminosa (pode ser o Sol) passar pela abertura do espectrômetro e refletir sobre a a lamina (fragmento do CD), que vai decompor a luz desta fonte nas várias cores do espectro visível. Anote e compare os vários espectros que você coletou com seu espectroscópio, usando a tabela a seguir.

As cores são representadas por letras e frequência: Vm(Vermelho- 630-780 nm);
L(Laranja- 590-630 nm); Am (Amarelo - 565-590 nm); Ve (Verde- 490- 565) nm);
Az ( Azul- 440-490 nm); Vi-( Violeta 380-440 nm).

Tabela pra uso do exercício


Exercício prático

Utilize o seu espectrômetro de faça a leitura das seguintes fontes de luz: Solar, Vapor de sódio,Vapor de mercúrio, Incandescente, Farol automotivo Xenônio, Fluorescente, Vela, etc. Utilize a tabela para descrever os resultado.

Veja abaixo um exemplo de preenchimento da tabela.


Amostragem teórica disponibilizado no site de alguns resultados


Amostragem de gases




Amostragem prática obtida com espectrômetro obtido na oficina.
Leitura de uma luz fluorescente em sala de aula






Espectrômetro de uma luz florescente

Orientações complementares

Usos do espectroscópio ou espectrômetro

Conforme NOGUEIRA (2009), as frequências emitidas pelos objetos luminosos indicam a sua constituição, como uma assinatura ou impressão digital. As frequências mais altas, como raios X e raio Ỵ, estão relacionadas a fenômenos muitos energéticos. O infravermelho está associado ao calor emitido pelos objetos. Assim os cientistas usam o espectro dos corpos para estudar a composição e a propriedade físicas dos objetos estrelares do universo visível e não visível. 

Possíveis desdobramentos e resultados

professor e pesquisador, saiba que essa atividade pode desencadear novos estudos, estimular a leitura e a produção de textos na escola, ou ainda o estudo de conteúdos específicos de sua disciplina ou em projetos multidisciplinares, como, por exemplo:

a) Estudar a relação entre os espectros das lâmpadas e suas potências, procurando assim, o modelo de lâmpada mais eficiente para cada ambiente de modo mais eficiente. 

b) Em algumas lâmpadas fluorescente aparece na embalagem um numero tipo 6.000K ( que é uma temperatura). Como esta temperatura está relacionado a lâmpada? 

d) Estudar a relação entre a cor que enxergamos a lâmpada e a mudança de estado energético do elétron dentro do átomo.

d) Estudar as cores, principalmente com a motivação da descoberta do branco. Por que alguns brancos são mais brancos que outros? 

Dicas para decoração da arte temática na sala da oficina


ESPECTROSCOPIA APLICADO A GEOGRAFIA

O texto utilizado na oficina modificado

Para baixar clik no link abaixo
Espectroscopia: O Universo em Cores - CDCC/USP

1. A contribuição de Isaac Newton (1643-1727)

A história da espectroscopia veio surgir com o experimento de um dos maiores gênios da mecânica e física clássica: sir Isaac Newton (1643-1727). Os registros apontam que o físico foi o primeiro a reproduzir, em 1665, um dos fenômenos mais fascinantes da óptica: a refração da luz solar que se manifesta na forma de um arco na atmosfera especificamente na troposfera quando há bastante umidade no ar. Esse fenômeno, de formação de faixas com as cores do ‘arco-íris’ (em inglês, ‘rainbow’), consiste basicamente no fato de que a luz emitida pelo sol, ou luz branca, é formada por várias cores, assim, quando ela atravessa um objeto transparente denominado “prisma”, como a gota de água da chuva (‘rain’), forma um arco (‘bow’) com as várias cores que saem desse prisma em diferentes direções.


Figura 1- O Experimento de Isaac Newton (1643-1727), observa-se a fenômeno defração de luz primária com uso de um prisma que projeta um feixe de luz na forma de cores : Fonte:fisica-interessante.com/biografia-isaac-newton.html .

2. O infravermelho e William Herschel (1738-1822)

Conforme o tempo foi passando, mais estudos foram feitos sobre esse mesmo experimento, assim em no ano de 1800 quando o astrônomo inglês William Herschel (1738-1822), que buscava saber qual das cores conseguiria produzir mais calor. Foi assim que se percebeu a relação entre essas cores, que variam do vermelho ao violeta, e suas temperaturas poderiam ser mensuradas com um termômetro. No entanto, numa área um pouco escura, situada depois da cor vermelha, conseguiu superar o vermelho e, por não ser visível, e por causa da sua localização no espectro, ficou conhecido como Infravermelho. Graças ao seu experimento hoje se sabe que a luz emitida do sol emite diferentes faixas de luz e calor e que essa faixa de temperatura diferenciada é denominada de “infravermelho”. 

Figura 2. O experimento de William Herschel (1738-1822) com a luz levou a descoberta do infravermelho e Fonte;gettyimages.

O infravermelho é uma radiação que age numa frequência, além da capacidade humana de visão, ou seja, é invisível aos nossos olhos. Essa radiação é liberada de todos os corpos que soltam calor e tem esse nome por estar depois da cor vermelha no espectro de cores, realizado por Isaac Newton em 1666. A radiação infravermelha são ondas de comprimento de 1 milímetro até 700 nanômetros(Figura 2), e, portanto, não visíveis para o olho humano. É uma radiação não ionizante, por isso, sem efeitos danosos, (sem riscos de causar males como, por exemplo, câncer). No espectro de luz, está localizado depois da luz vermelha, daí surgiu seu nome. Apesar de não poder ser vista, a radiação infravermelha pode ser notada no corpo em forma de calor: terminações nervosas, chamadas termorreceptores, conseguem captar essa radiação.
Fonte: studyblue.com

3.Thomas Young (1773-1829)

Thomas Young (1773-1829) Conhecido pela experiência da dupla fenda, que possibilitou a determinação do carácter ondulatório da luz. Em 1801 foi nomeado professor de filosofia natural (principalmente física) do Royal Institution. ondulatório da luz. Young exerceu a medicina durante toda a sua vida (primeiros trabalhos sobre o cristalino com 26 anos de idade), mas ficou mais conhecido por seus trabalhos em óptica. Conseguiu ligar as cores a determinados ‘comprimentos de onda’, ou seja, o quanto ela caminha no espaço na velocidade da luz para um período entre dois máximos de intensidade. Isso porque, na época, já se sabia que a luz poderia ser considerada como uma onda que carrega energia eletromagnética. As informações sobre elas, no entanto, só chegariam muito, muito mais tarde, trazendo grande surpresa e empolgação no meio científico. O maior trabalho de Thomas Young como físico foi a explicação da luz como um fenômeno ondulatório.




4.William Hyde Wollaston (1766-1828)
Nesta mesma época, William Hyde Wollaston (1766-1828) se destacou por identificar várias falhas no conjunto de cores, ou espectro, do Sol, ao observar sua luz atravessar uma fenda. Tratava-se de faixas pretas que foram também descritas por Joseph Von Fraunhofer (1787-1826), que catalogou mais de 500 delas e associou com a intensidade da luz.



Joseph von Fraunhofer foi um óptico alemão. É conhecido pela descoberta das linhas escuras decorriam de absorção conhecidas como Espectro de Fraunhofer no espectro solar, e por fazer excelentes vidros ópticos e lentes objetivas acromáticas para telescópios.



 A Técnica espectrométrica

A espectroscopia consiste na análise da radiação eletromagnética que vem de uma fonte, como, por exemplo, o Sol, uma nebulosa ou até mesmo a chama de uma vela, para poder definir propriedades físicas e químicas destes materiais. Entre algumas das propriedades bastante importantes para o estudo de um objeto astronômico, estão sua temperatura, seu tamanho, a abundância de elementos químicos que fazem parte de sua composição, sua velocidade de aproximação ou afastamento e também seu estágio de vida, no caso dele ser uma estrela.

O espectroscopio
O instrumento utilizado na espectroscopia é chamado de espectroscópio, e foi primeiramente utilizado em 1859 por seus criadores: o físico alemão Gustav Kirchhoff (1824-1887) em parceria com o químico alemão Robert Bunsen (1811-1899).

Gustav Robert Kirchhoff (Königsberg, 12 de março de 1824 — Berlim, 17 de outubro de 1887) foi um físico alemão. Suas contribuições científicas foram principalmente no campo dos circuitos elétricos, na espectroscopia, na emissão de radiação dos corpos negros e na teoria da elasticidade (modelo de placas de Kirchhoff–Love). Kirchhoff propôs o nome de "radiação do corpo negro" em 1862. É autor de duas leis fundamentais da teoria clássica dos circuitos elétricos e da emissão térmica.

Fonte: Google.com

Robert Wilhelm Eberhard von Bunsen (Nsceu em Göttingen, 31 de março de 1811 —Morreu em Heidelberg, 16 de agosto de 1899) foi um químico alemão.Aperfeiçoou um queimador, conhecido atualmente como bico de Bunsen, inventado pelo físico-químico britânico Michael Faraday, e trabalhou com emissões espectrais de elementos químicos aquecidos



Bussen analisando espectro de gases com queimador.Fonte: Google.com



Figura: Amostragem obtida pelo metodo desenvolvido por Bunsen.
Fonte: www.cdcc.usp.2012.

Kirchhoff e Bunsen encontraram um meio de determinar a composição das estrelas, analisando seus espectros, e com isto mostraram que o Sol contém os mesmos elementos que a Terra, embora em diferentes proporções e em outras condições (devido a pressão, temperatura, etc). Com isto também descobriram novos elementos químicos. A parceria surgiu pela soma dos conhecimentos de Kirchhoff, que sugeriu que um elemento químico puro ao ser queimado emite uma radiação com cor bem característica (Teste da Chama), e dos de Bunsen, que conseguiu inventar um queimador de gás metano (CH¬¬4) com controle da entrada de ar e cuja cor não interferia no experimento.

Leis da espectrocopia

A partir do uso do espectroscópio foi possível obter uma grande variedade do que são chamados “espectros”, ou, fisicamente falando, diagramas de amplitude da radiação eletromagnética. Cada um dos espectros obtidos por meio do ‘Teste da Chama’, ou seja, “espectros de emissão”, resultavam em faixas coloridas contra um fundo preto conforme visto na figura à direita:


Uma outra grade contribuição a espectrocopia veio com Kirchhoff e Bunsen descobriram, em 1860, dois elementos químicos que chamaram de Césio e Rubídio, do latim “Cesium”, que significa “azul-acinzentado”, e “Rubidium”, que significa “vermelho”. Também em 1868 alguns astrônomos detectaram a presença de outro elemento, o qual chamaram de “Hélio”, do grego “Helios” que significa “Sol”. Quanto aos espectros chamados de “espectros de absorção”, estes eram como o do Sol, visto por Wollaston e Fraunhofer, com a maior parte colorida e repleto de faixas pretas. Tais faixas foram explicadas pela terceira das Três Leis de Kirchhoff para a espectroscopia




Na figura acima observa-se representação da lei da espectropia

a)Um corpo opaco (que não deixa passar luz) quente, em qualquer um dos três estados físicos, emite um espectro contínuo;

b)Um gás transparente produz um espectro de emissão, com o aparecimento de linhas brilhantes. O número e a posição dessas linhas serão determinados pelos elementos químicos presentes no gás;

c)Um espectro contínuo passar por um gás à temperatura mais baixa, o gás frio causa a presença de linhas escuras, ou seja, será formado um espectro de absorção.

Baixe o texto básico.

Referencias:

1.NOGUEIRA,S.; ASTRONOMIA: Ensino fundamental e médio/COLEÇÃO EXPLORANDO O ENSINO ASTRONOMIA - Brasilia, MEC, SEB. Fronteira Espacial - parte !, volume 11,pag.206, 2009

2.Espectroscopia-Universo das côres - texto disponivel em formato word





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