A Aula 16 da disciplina de Instrumentação III explicaremos como conseguir a Dispersão da Luz no laboratório, ministrada pelo professor Rafael, nesta quarta-feira, 23, das 17h às 18:30h.
Aparentemente, vemos um espectro continuo da luz. Quando a luz branca sofre refração em um meio transparente, como as gotículas de água suspensa no ar, ela sofre dispersão, formando o arco-iris com sete cores de luz visíveis, devido aos índices de refrações diferentes para cada frequência, a luz branca se decompõe nas cores que a compõem: violeta, amarelo, laranja, vermelho, azul, anil e verde. Esse fenômeno da dispersão ocorre nos laboratórios didáticos quando fazemos a luz incidir em um prisma, observado por Newton que defendia o modelo de partícula para a Luz. Na mesma época, Huyguens defendia que a luz era uma onda.
Como fazer um experimento para verificar a constante de Planck?
O seguinte experimento teve por objetivo determinar a constante de Planck, uma das constantes fundamentais da Física Quântica. Os dados de tensão de corte e comprimento de onda, este obtido através de um experimento secundário, possibilitaram a determinação do valor da constante, também definiu-se como meta desenvolver um experimento de baixo custo e acessível, como alternativa ao experimento de Efeito Fotoelétrico.
INTRODUÇÃO
Constante de Planck
Por um longo período o desenvolvimento cientifico da Física Clássica dava-se basicamente por conceitos das Leis de Newton, que descrevem os movimentos mecânicos dos corpos, da mesma forma as Leis da Termodinâmica relacionam os parâmetros (Temperatura x Pressão x Volume), bem como as Equações de Maxwell descrevem o eletromagnetismo clássico.
Porém os conceitos desenvolvidos por essa base cientificam clássica não são suficientes para análise de Corpos Negros. Corpos recebem essa denominação quando estes absorvem toda a radiação eletromagnética incidida, não permitindo que a mesma atravesse nem seja refletida.
Max Planck, um dos pioneiros no estudo de corpos negros, baseou-se inicialmente na Lei da Radiação de Wien, adequando a ela parâmetros da termodinâmica e eletromagnetismo, para que assim pudesse descrever matematicamente os dados experimentais. Posteriormente, Einstein valendo-se dos avanços realizados por Planck propôs a quantificação da radiação eletromagnética, sendo este o limiar da criação da Física Quântica. Einstein concluiu que a energia se propagava por meio de pequenos pacotes de energia, denominados fótons, diferente do que propunha a física clássica que propunha que a luz se propagava como uma onda.
Veja, apesar de Einstein basear nos estudos da radiação de corpos negros de Planck, ele era contrário a afirmação de Planck quanto a propagação da luz.
Einstein quantificou a energia de um fóton sendo o produto da constante de Planck h pela frequência f.
O experimento realizado visa ser uma alternativa mais simples e de baixo custo para o experimento do Efeito Fotoelétrico que consiste na emissão de elétrons por um corpo quando exposto a uma radiação de alta frequência, e como descrito por Einstein a intensidade de uma luz depende da quantidade de fóton emitidos.
Para a realização do experimento foram escolhidos LEDs, que nada mais são que diodos foto emissores, que emitem luz segundo a uma diferença de potencial nos seus terminais. Diferentes cores de LEDs são obtidas segundo a adição de elementos químicos, dopagem dos mesmos, que são geralmente compostos por arsenieto de gálio (GaAs) ou fosfeto de gálio. Como exemplo do led vermelho, o material semi-condutor recebe impurezas “dopado” com átomos de fósforo. Outro motivo da utilização dos LEDs é por estes atuarem segundo uma baixa diferença de potencial, variando de 1.4V a 3.3V
Segundo Einstein, a emissão de fótons inicia-se no momento em que é gerada uma diferença de potencial 𝞅, chamada de tensão de corte. Para diferentes cores de LED tem-se diferentes tensões de corte, perante a tensão de corte o LED inicia a emissão de luz que pode ser visível ou não.
Com base nisso, Einstein descreve h para a tensão de corte como:
h= (e𝞅)/f = (λe𝞅)/c (I)
Em que:
𝞅: tensão de corte;
f : frequência
h : constante de Planck;
e: carga de um elétron;
λ : comprimento de onda;
c: velocidade da luz no vácuo;Experimento de difração da luz
Com o experimento de difração da luz é possível encontrar o comprimento de onda de uma determinada fonte de luz. Ao emitir seus feixes, de acordo com o montagem experimental adequada, a luz irá difratar após passar pela rede de difração, assim, é possível observar seus feixes difratados no anteparo da régua branca. Coletando as medidas necessárias, faz-se o uso da fórmula abaixo para encontrar o comprimento de onda do feixe de luz.
λ=dy/(y²+x²)1/2 (II)
Em que:
λ : comprimento de onda;
d : constante da rede de difração;
y: distância do feixe central da luz até seu feixe difratado;
x: distância da régua até a rede de difração.Este trabalho foi realizado pelso estudantes da UFLA Igor e Marina.
https://projetosfisicaexperimental.blogspot.com/2016/03/calculo-da-constante-de-planck.html
Veja os links das 15 aulas anteriores.
https://rafaelrag.blogspot.com/2022/02/ufcg-cuite-20211-aula-15-instrumentacao.html?m=1
Matéria relacionada,
Aula 08-Instrumentação III- LINKS E TRABALHOS ÚTEIS PARA A DISCIPLINA
Difração: Medidas das distâncias entre as ranhuras de um CD/DVD e da espessura de um fio de cabelo...Comprimento de Onda de de Broglie.
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