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Espectroscopia

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by

Hannah Marrocos Neves

on 14 December 2013

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Transcript of Espectroscopia

Espectroscopia
O estudo do Espectro Eletromagnético
A radiação emitida pelos corpos celestes
Hannah Marrocos - 12/0060558

Laura Maia - 12/0124637

As leis da Espectroscopia
Os espectros estelares
O que faz uma estrela ter um espectro com linhas?
Para estudar a radiação emitida pelos corpos celestes precisamos antes definir algumas grandezas básicas do movimento ondulatório.
comprimento de onda
: que é a distância entre os máximos de uma onda.
frequência
: que é o número de máximos da onda que passam por segundo por um determinado ponto.
A Radiação Eletromagnética
Luz visível, ondas de rádio, microondas, raios X, todas são formas diferentes da radiação eletromagnética. Cada uma delas esta definida em um certo intervalo de comprimentos de onda e energia.
A lei da radiação de Planck
A principal lei que governa a radiação de corpo negro é a lei da radiação de Planck. A lei de Planck nos dá a intensidade da radiação emitida por um corpo negro, por área de superfície unitária, em uma direção fixada, como uma função do comprimento de onda, para uma temperatura fixada.
Corpo Negro
Qualquer objeto com uma temperatura superior a zero graus emite energia. Esta energia liberada é conhecida como "radiação térmica". Para a astrofísica é mais comum nos referirmos a esta radiação térmica como "radiação de corpo negro".
Para os físicos, um corpo negro é aquele corpo capaz de absorver toda a radiação incidente sobre ele, sem refletir absolutamente nada.
O Espectro Eletromagnético
O espectro eletromagnético é o intervalo completo da radiação eletromagnética.
Os Espectros e a Espectroscopia
Por volta dos anos de 1860, Kirchhoff e Bunsen já haviam realizado um número suficientemente grande de análises espectrais.
1ª lei:
2ª lei:
3ª lei:
um corpo opaco e quente, produz um espectro contínuo.
o corpo opaco e quente pode ser um sólido, um líquido ou um gás altamente comprimido, e portanto denso.
o espectro contínuo é um verdadeiro "arco-íris", um conjunto completo de cores sem qualquer linha espectral traçada sobre ele.
um gás transparente, quente, produz um espectro onde uma série de linhas espectrais brilhantes estão traçadas contra o fundo escuro.
a este espectro damos o nome de espectro de linhas de emissão.
o número e as cores destas linhas depende de quais os elementos que estão presentes no gás.
se colocamos um gás transparente e frio na frente de uma fonte de espectro contínuo, o gás mais frio provoca o aparecimento de uma série de linhas escuras riscadas entre as cores do espectro contínuo.
a este espectro damos o nome de espectro de linhas de absorção.
as cores e o número das linhas de absorção depende dos elementos presentes no gás frio.
Angelo Secchi
1869: Espectroscopia estelar
Secchi foi o primeiro astrônomo a classificar os espectros estelares em tipos espectrais, de acordo com a aparência que eles tinham. Seus resultados foram publicados no seu livro "Le Stelle".
Feita puramente em termo da aparência do espectro.
Robert Bunsen e Gustav Kirchhoff
Mesmo assim...
Robert Bunsen e Gustav Kirchhoff mostraram que as linhas espectrais são causadas por produtos químicos.
"Corpos negros", assim considerados na astrofísica, são estrelas que possuem um espectro contínuo, ou continuum, sendo produzidos nas regiões mais profundas da atmosfera estelar.

Por que observar linhas de absorção no espectro estelar?
Lei de Kirchhoff para radiação térmica : Em equilíbrio térmico, a emissividade de um corpo (ou superfície) é igual à sua absortância.
Mas, qual a origem de todas essas linhas?
"Cada elemento químico mostra um espectro com um arranjo único de linhas brilhantes"
Descobrindo novos elementos
Com a divulgação das descobertas de Bunsen e Kirchhoff muitos pesquisadores se lançaram à procura de novos elementos químicos.
Césio, uma palavra proveniente do latim "caesium", que significa "azul-acinzentado".
Rubídio, uma adaptação da palavra latina "rubidium", que significa "vermelho".
Hélio, palavra derivada do grego "helios" que significa "sol"
Ao lado tem a imagem de uma dessas nebulosas, a nebulosa M17. Foi em uma nebulosa semelhante a esta que os astrônomos descobriram uma linha espectral desconhecida que foi associada a um novo elemento, não conhecido na Terra.
Ou seja,...
Uma fonte quente (o interior da estrela) emite um espectro contínuo e esta radiação é obrigada a passar por um gás de temperatura mais baixa (a atmosfera da estrela), onde as linhas são formadas.
Os espectros estelares
Para lidar com a diversidade de linhas de absorção dos elementos, sob supervisão de Edward C. Pickering, no Harvard College Observatory, astrônomos examinaram espectros de milhares de estrelas.
Espectro de emissão
Um gás que foi aquecido por uma estrela próxima reemite radiação com comprimentos de ondas específicos.
Espectro contínuo
Um gás quente e denso, como uma estrela, produz um espectro contínuo em sua superfície, com todos os comprimentos de onda (cores) apresentados.
Espectro com linha de absorção
Quando uma estrela é vista através de um gás mais frio, aparecem linhas escuras no espectro, causadas por átomos do gás em comprimentos de onda específicos.

Edward C. Pickering
Objetivo
Desenvolver um sistema de classificação espectral no qual todos os aspectos espectrais, e não somente as linhas de Balmer, variavam suavemente de uma classe espectral para a próxima.

A classificação espectral de Harvard
Com base neste fato observacional, os astrônomos dividiram cada classe espectral em subclasses que foram numeradas de 0 a 9. Por exemplo, a classe espectral G passava a ter as subdivisões G0, G1, G2, G3, G4, G5, G6, G7, G8, G9.
Informações que obtemos com o espectro das estrelas
Temperatura da superfície da estrela
Condições físicas de sua atmosfera
Abundância de elementos químicos
Mas, cuidado !
É um erro comum acreditar que olhando para a cor de uma estrela podemos classificá-la. Não é bem assim. Na verdade a classificação de uma estrela se dá a partir da análise do seu espectro.
Cada elemento está representado por uma curva que atinge um ponto máximo em uma determinada temperatura, que corresponde a uma dada classe espectral. Isto significa que, para esta classe, as linhas deste elemento se destacam com maior intensidade no espectro. Observe também que alguns elementos aparecem em várias formas, neutros e ionizados. Por exemplo, o cálcio aparece como CaI e CaII, neutro e ionizado respectivamente.
Espectrógrafos
O espectrógrafo é um equipamento cuja finalidade é obter o espectro da radiação incidente e registrá-la sobre placas fotográficas ou em CCD (Carge-Coupled Devices).
Espectrógrafo de prisma
A luz proveniente da estrela ou galáxia, passa por uma pequena fenda e é conduzida, por intermédio de uma lente colimadora, até incidir em um prisma. O prisma decompõe a luz incidente no seu espectro e a faz incidir sobre uma placa fotográfica que a registra.
Espectrógrafos de rede
Rede de difração
É um pequeno elemento de vidro onde foram cortados, de modo especial, milhares de linhas paralelas, muito finas e igualmente espaçadas. O número de linhas traçadas é muito grande, chegando algumas vezes a mais de 10000 linhas por centímetro.

CCD's
O espectro produzido pela rede de difração é armazenado nos chips (CCD) ou placas fotográficas.
Dizendo de um modo mais físico,
As linhas absorvidas por um gás a partir de um espectro contínuo são as mesmas linhas emitidas por este mesmo gás quando fornecemos energia a ele.
Os comprimentos de onda mais curtos estão à esquerda e eles crescem à medida que vamos para o lado direito.
Alguns Espectros de absorção
Espectros com linhas de absorção de alguns elementos químicos. Foram obtidos por John Talbot a partir da excitação de vários elementos químicos por meio de uma descarga elétrica .
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