ESPECTROSCOPIA DE PLASMA FRIO - ifi.unicamp.brlunazzi/F530_F590_F690_F809_F895/F809/... · 3 3 0 0...

of 23 /23
F 809 – Instrumentação para Ensino Relatório Final de Atividades ESPECTROSCOPIA DE PLASMA FRIO Aluno: Myriano Henriques de Oliveira Junior RA.:992253 [email protected] Orientador: Prof. Dr. Francisco das Chagas Marques [email protected] Instituto de Física “Gleb Wataghin” – Unicamp 27 de junho de 2002

Embed Size (px)

Transcript of ESPECTROSCOPIA DE PLASMA FRIO - ifi.unicamp.brlunazzi/F530_F590_F690_F809_F895/F809/... · 3 3 0 0...

  • F 809 Instrumentao para Ensino

    Relatrio Final de Atividades

    ESPECTROSCOPIA DE PLASMA FRIO

    Aluno: Myriano Henriques de Oliveira Junior RA.:992253 [email protected]

    Orientador: Prof. Dr. Francisco das Chagas Marques

    [email protected]

    Instituto de Fsica Gleb Wataghin Unicamp 27 de junho de 2002

  • 1

    ndice

    Relatrio das Atividades Realizadas (montagem do equipamento)

    Resumo do Projeto.......................................................................................................................2 Resumo das Atividades Desenvolvidas.......................................................................................2

    Apostila

    I - Introduo................................................................................................................................6 II - Suporte Terico......................................................................................................................6

    A Ionizao e Recombinao................................................................................................6 B - Processos de formao.......................................................................................................7 C - Descarga de gs (Descarga luminescente d.c. a baixa presso).........................................9

    III - Parte Experimental............................................................................................................11

    A Aparato............................................................................................................................11 B Procedimento...................................................................................................................11

    1 - Preparao do sistema para a produo de plasma.....................................................11 2 - Produo de plasma....................................................................................................12 3 - Obteno das linhas de emisso..................................................................................12 4 - Determinando o comprimento de onda de cada pico..................................................13 5 - Salvando os dados.......................................................................................................13

    IV - Anlise de dados..................................................................................................................13 Apndice I Calibrao do Espectrmetro.................................................................................14 Apndice II Transies pticas Observadas no 18Ar...............................................................15 Apndice III Linhas de Emisso do 18Ar e 80Hg......................................................................16

    - Linhas de emisso do Argnio.....................................................................................16 - Linhas de emisso do mercrio....................................................................................19

    Bibliografia..................................................................................................................................22

  • 2

    RESUMO DO PROJETO

    Neste trabalho deve ser montado um sistema para a produo de plasma frio e obteno das linhas do espectro de emisso deste plasma, assim como a elaborao de um guia com as instrues necessrias para a realizao de medidas com este equipamento.

    RESUMO DAS ATIVIDADES DESENVOLVIDAS

    Como a apostila elaborada para a disciplina F-640 (anexa a este relatrio) contm toda a parte terica relativa a este projeto e o procedimento para a realizao de medidas utilizando este sistema, esta primeira parte do relatrio se limitar em descrever as atividades realizadas pelo aluno no desenvolvimento do projeto.

    Inicialmente instalamos, no laboratrio, um microcomputador e um espectrmetro da Ocean Optics, modelo USB2000 (Miniature Fiber Optic Spectrometer), e o software OOIBase32 para interface micro-espectrmetro, sendo este software parte integrante do equipamento que constitui o espectrmetro. Em seguida foi realizado um teste com o espectrmetro, utilizando um lmpada de Hg (emprestada pelo Laboratrio de Ensino de ptica; Tcnico Responsvel R.C. Costa), onde foi verificada a necessidade de calibrar o equipamento. As linhas de emisso da lmpada de Hg obtidas so mostradas nas figuras 1 e 2 respectivamente.1

    3 0 0 4 0 0 5 0 0 6 0 0 7 0 0 8 0 0 9 0 0 1 0 0 0 1 1 0 00

    1 0 0 0

    2 0 0 0

    3 0 0 0

    4 0 0 0T e m p o d e in t e g r a o = 5 m s

    Inte

    ns

    ida

    de

    c o m p r im e n t o d e o n d a ( n m )

    Figura 1- Linhas de emisso do Hg encontradas com tempo de integrao de 5ms.

    1 O procedimento utilizado na calibrao e a relao do comprimento de onda com o nmero de pixel so mostrados no Apndice I (pg. n) da apostila que segue anexa a este relatrio.

  • 3

    3 0 0 4 0 0 5 0 0 6 0 0 7 0 0 8 0 0 9 0 0 1 0 0 0 1 1 0 00

    1 0 0 0

    2 0 0 0

    3 0 0 0

    4 0 0 0

    T e m p o d e in te g r a o = 2 5 0 m s

    Inte

    ns

    ida

    de

    c o m p r im e n to d e o n d a ( n m )

    Figura 2- Linhas de emisso do Hg encontradas com tempo de integrao de 250ms.

    Posteriormente projetamos uma pea, que constituda basicamente de dois eletrodos, que

    nos permitisse mover o eletrodo superior na vertical sem que houvesse a necessidade de abrir a cmara de vcuo (o projeto da pea foi enviado oficina mecnica central da unicamp, onde foi confeccionada; o projeto mostrado nas figuras 3 e 4). Adquirimos, tambm, uma campana de vidro para a montagem da cmara que seria acoplada ao sistema de vcuo j existente no laboratrio (uma bomba difusora e uma mecnica).

    Aps termos montado o sistema de vcuo, fizemos alguns testes e verificamos a existncia de vazamento, que nos tomou bastante tempo. Como eram vrios pontos de vazamento (inclusive na prpria cmara havia mais de um ponto de vazamento), tivemos um pouco de dificuldade para encontrar e vedar todos. Terminada esta etapa, como no tnhamos nenhum medidor de presso devidamente calibrado nossa disposio, calibramos um pirani (pertencente ao laboratrio de ensino de vcuo e criogenia) que no estava sendo utilizado e o instalamos no equipamento, na parte superior da cmara. Instalamos, tambm na cmara, uma vlvula agulha e a conectamos a um garrafo de argnio (este argnio foi adquirido para esta experincia). Para a montagem do sistema de vcuo, algumas peas foram requisitadas oficina de vcuo.

    Realizada a montagem e os testes com o equipamento, aterramos todo o sistema e ligamos uma fonte d.c. de alta tenso em um dos eletrodos. Esta fonte foi emprestada pelo tcnico Sales (do Departamento de Fsica Aplica), pois a fonte comprada para este experimento dever chegar apenas no final do ms de julho deste ano.

    Aps estarmos com todo o sistema pronto, produzimos plasma de Ar (este ainda o nico gs que temos disponvel), obtemos suas linhas de emisso (pgina 7) e observamos a estrutura da descarga luminescente, com o intuito de reconhecermos as suas distintas regies (vide pgina 10). Como j era de se esperar, como a coluna positiva tem uma luminescncia mais intensa que o restante da descarga, foi possvel observar apenas a regio escura de Faraday, a coluna positiva e a luminescncia negativa.

  • 4

    Junto com o aparato experimental foi tambm elaborado um guia para a realizao da experincia, que segue anexo a este relatrio.

    Figura 3 Projeto de como deve ser fabricado o eletrodo inferior.

  • 5

    Figura 4 - Projeto de como deve ser fabricada a pea que possibilita o deslocamento na vertical do eletrodo superior.

  • 6

    I - Introduo Existem cinco estados fsicos da matria; slido, lquido, gasoso, plasma e condensado de

    Bose-Einstein. Uma substncia qualquer pode existir em um ou mais desses trs primeiros estados, dependendo apenas dos valores de determinados parmetros, tais como temperatura e presso. Em geral, se tivermos uma substncia inicialmente no estado slido, podemos, adicionando energia suficiente ao sistema, fazer com que esta mude para o estado lquido, como por exemplo aquecendo a substncia. Se continuarmos fornecendo energia ao sistema, at atingir pelo menos o calor de vaporizao da substncia, o liquido ir evaporar e ser formado gs. Caso continuemos a fornecer energia ao sistema at que esta atinja o valor da energia de ionizao da substncia, o gs se ironizar, isto , suas molculas e tomos se separaro em eltrons e ons, resultando em uma sopa de ons e eltrons, a qual I. Langmuir2 chamou de plasma.

    A formao de plasmas ocorre em vrios processos na natureza, por exemplo: O material interestelar encontra-se na forma de plasma, devido s altssimas temperaturas nessa regio; a aurora boreal e a ionosfera so plasmas, assim como descargas luminosas e eltricas. Sua formao pode tambm ser induzida e controlada pelo homem, como nas lmpadas de vapor de mercrio e de sdio e lmpadas fluorescentes (Apesar de a luz que vemos ser emitida pelo fsforo depositado na superfcie interna do tubo, e no pelo plasma diretamente), alm de sua vasta aplicao em pesquisas cientficas e tecnolgicas.

    Os principais objetivos desta experincia so: Observar a formao de plasmas e a estrutura da descarga luminescente e, obter as linhas de emisso do elemento utilizado para gerar o plasma identificando quais as transies eletrnicas envolvidas na emisso desta radiao.

    II - Suporte Terico A Ionizao e Recombinao

    Quando um plasma produzido, vrios fenmenos ocorrem simultaneamente e continuamente no seu interior. Devemos considerar esses fenmenos para que possamos compreender quais os efeitos por eles produzidos no comportamento do plasma, mas uma anlise de todos esses fenmenos, e de seus detalhes, fogem do interesse desse material e da experincia que o aluno deve realizar, portanto faremos apenas uma abordagem simplificada3 dos fenmenos que sero observados pelos alunos.

    Para ionizar um tomo ou uma molcula, necessrio fornecer energia suficiente para que um ou mais eltrons das camadas mais externas escapem, a energia pode ser proveniente tanto de um fton de radiao como por meios de processos de coliso entre duas partculas. O processo de coliso muito comum na produo de plasmas em laboratrio. Como os ons e os eltrons que formam o plasma so eletricamente carregados (embora o plasma no seja), eles podem ser acelerados por uma combinao de campos eltricos e magnticos (ou eletromagnticos) d.c. e a.c. aplicados externamente. Essa acelerao pode aumentar a velocidade das partculas de tal forma que estas sejam capazes de ionizar tomos neutros ao colidirem com eles. importante notar que a

    2 I. Langmuir, Physical Review, Vol 33, p. 954 (1929). 3 Apesar de simplificado, de se esperar que esse material seja o suficiente para que o aluno compreenda quais fenmenos esto ocorrendo na experincia e por que?. Na pagina n, existe uma lista de sugestes de leitura para o aluno que estiver interessado em compreender estes fenmenos com um pouco mais de detalhes.

  • 7

    existncia desse fenmeno s possvel devido existncia de algumas partculas carregadas presentes em gases no ionizados.

    Ao mesmo tempo ocorre o processo oposto ionizao, a recombinao, onde eltrons e ons juntam-se para formar tomos neutros. Esse processo sozinho poderia eventualmente resultar no desaparecimento do plasma. Entretanto, se a ionizao ocorre ao mesmo tempo e com a mesma taxa que a recombinao, o plasma continua a existir. Ao recombinar-se com um on o eltron libera uma determinada quantidade de energia (energia de ligao) em forma de radiao eletromagntica, o que explica as linhas de emisso observadas nos plasmas [1].

    3 0 0 4 0 0 5 0 0 6 0 0 7 0 0 8 0 0 9 0 0 1 0 0 0 1 1 0 00 .0

    0 .2

    0 .4

    0 .6

    0 .8

    Inte

    ns

    ida

    de

    no

    rma

    liz

    ad

    a

    C o m p r im e n t o d e O n d a ( n m )

    Figura 5 - Linhas de emisso observadas no plasma de 18Ar

    Na maioria dos casos observados na natureza o plasma no estar cem por cento ionizado,

    sempre existiro alguns tomos neutros presentes na sopa. Essas partculas neutras colidem com os eltrons e ons no plasma fazendo com que estes percam energia. Por outro lado, eles podem, por um processo de coliso chamado de troca de carga, forar o on a capturar um eltron de um tomo neutro. Isso pode resultar em uma perda de energia do prprio plasma, a troca de carga entre um on quente (muito energtico) e um tomo frio (pouco energtico) resulta em um on frio e um tomo quente [2].

    Plasmas em laboratrio so, tipicamente, produzidos em vcuo com presso da ordem de 10-6Torr, e tm densidades de 107 a 1018 partculas/cm3 quando as condies para produzir ionizao so alcanadas. Entretanto, possvel produzir plasmas tanto em presses iguais ou superiores a 1atm como em presses inferiores a 10-6Torr, sendo tambm possvel em slidos e lquidos. A energia mdia das partculas varia desde menos de 1eV at mais de 1MeV para eltrons (1eV=11,605K). B - Processos de formao

    Para fazer plasma, necessrio que as energias das partculas neutras e das poucas partculas

    carregadas, que esto sempre presentes no material ainda no ionizado, sejam elevadas o suficiente para causar a ionizao do material por coliso. As energias requeridas podem ser

  • 8

    ligeiramente baixas, temperatura ambiente, ou alguns milhares de graus, como para algum vapor de metal pesado, ou milhes de graus como o caso das cermicas e bons dieltricos. Alguns mtodos de produo e aquecimento de plasmas so enumerados na tabela 1.

    Produo trmica Descarga d.c.

    Chamas eletrodos frios aquecimento de contato eletrodos quentes ou emissores

    Injeo de feixe Descarga a.c. e r.f. feixe de plasma eletrodos (frios) feixe de eltrons eletrodos quentes (emissores) feixe de ons sem eletrodos feixe energtico neutro ressonncia ciclotron de eltrons ou

    ons Foto-ionizao Descarga pulsada descarga induzida (ondas de

    choque) Tabela 1 Processos utilizados para produo de plasmas. A produo trmica de um plasma consiste simplesmente em aquecer o material, que

    normalmente um gs, at que ocorra a ionizao. Chamas de vrias substncias so parcialmente ionizadas e o grau de ionizao pode ser realado pela adio de metais alcalinos, sendo que esse tipo de plasma pode existir em presso atmosfrica. A ionizao de contato observada sob vcuo onde um metal inserido no sistema para evaporar e colidir com uma placa aquecida. Tais plasmas so altamente ionizados e estveis, mas as partculas tm, normalmente, baixas energias.

    A descarga d.c. (mtodo que ser utilizado nesta experincia) normalmente realizada utilizando dois eletrodos. Quando um potencial d.c. alto o suficiente aplicado entre os eletrodos, o gs se ioniza e um plasma de descarga luminescente (glow discharge) formado. Se a presso for elevada o suficiente (talvez igual atmosfrica ou maior) e/ou a energia de formao for muito alta, o processo de ionizao torna-se bastante abrupto e a descarga ento se torna um arco (arc discharge) ou possivelmente uma onda de choque de plasma (relmpago um exemplo de arco). Os eletrodos podem ser alimentados a partir de uma fonte de alimentao d.c. ou excitados por um dispositivo de armazenamento de energia pulsado,tal como uma bobina indutora. Alm disso, se o eletrodo negativamente carregado for aquecido, ele pode emitir eltrons por emisso trmica, o que aumenta a taxa de ionizao.

    A descarga a.c. ou r.f. pode ser feita pela aplicao de um potencial a.c. ou r.f. alto na mesma configurao de eletrodos. Entretanto, o uso de eletrodos pode no ser necessrio se algum tipo de mecanismo, tal como uma cavidade de micro-ondas, for usada para combinar a sada da fonte de r.f. ou a.c. ao plasma.Outros mecanismos para aumentar a energia do plasma so algumas vezes usados, tais como guias de onda ou vrias outras estruturas de micro-ondas.

    O fenmeno de foto-ionizao uma extenso da descarga r.f. para freqncias pticas, onde s vezes so usados lasers para produzir a ionizao. Nesses comprimentos de onda, os prprios ftons criam a ionizao ao serem absorvidos por eltrons ligados aos tomos.

    Se um campo magntico d.c. aplicado na regio do plasma, um dos primeiros efeitos observados um aumento da ionizao, densidade e temperatura. Podemos tambm adicionar energia ao plasma atravs de ressonncia com eltrons ou ons em freqncias de cyclotron. Este um mtodo extremamente eficiente para aumentar a energia de um plasma e usada freqentemente para produzir plasmas de alta energia.

  • 9

    A ltima categoria de produo de plasmas a ser discutida a injeo. Vrios sistemas para produo de feixes altamente intensos de plasma, eltrons, ons ou tomos neutros so usados para produzir plasma. O mtodo bsico consiste em injetar um desses tipos de feixes em uma regio especialmente preparada para confinamento de plasma, onde a ionizao de tomos neutros presentes possa ocorrer.

    C - Descarga de gs (Descarga luminescente d.c. a baixa presso)

    O termo descarga de gs usado para designar o fluxo de corrente eltrica atravs de um meio gasoso. As descargas de gs em estados estveis podem ser classificadas em trs tipos, de acordo com a corrente que carregam, so elas:

    (i) Descarga escura, quando a corrente menor que 10-6A . (ii) Descarga luminescente, quando a corrente est, aproximadamente, entre 10-6A e 10-1A. (iii) Descarga de arco, quando a corrente superior a 10-1A.

    Como trabalharemos com correntes localizadas no intervalo de 10-6 a 10-1A voltaremos nossa ateno para a descarga luminescente, no entrando, assim, em detalhes sobre a descarga escura e a descarga de arco.

    Aps o rpido aumento do fluxo de corrente que ocorre devido ionizao, estabelece-se uma descarga estvel que pode assumir vrias formas. Se a ionizao ocorre em uma presso da ordem de 1mmHg entre os eletrodos alimentados por uma fonte d.c., a relao entre a diferena de potencial entre os eletrodos e a corrente ter a forma ilustrada na figura 6.

    Figura 6 Caracterstica da descarga luminescente

    A luminescncia d.c. a baixa presso uma das descargas de gs mais conhecidas, em

    grande parte devido facilidade com que pode ser produzida e mantida, e por causa de sua aparncia que, dependendo da presso usada, pode assumir a forma ilustrada na figura 7.

  • 10

    Figura 7 Descarga luminescente a baixa presso.

    O comprimento da descarga composto de varias regies, as quais so dados os nomes

    indicados, e a voltagem ao longo da descarga varia como mostrado. Se, para uma descarga com esta aparncia, a presso mantida constante e o comprimento

    reduzido, apenas o comprimento da coluna positiva ser afetado, o restante da estrutura permanece inalterado e (desde que o campo na coluna positiva seja baixo), a tenso requerida cai ligeiramente. Esse processo continua at o anodo entrar na regio de luminescncia negativa, situao a partir da qual a tenso requerida comea a crescer. A partir dessas observaes parece que a coluna positiva no importante, e certamente desnecessria para a operao da descarga [3].

    Se a descarga estiver operando no interior da regio DE da figura 6., a luminescncia do catodo cobrir somente uma parte da superfcie do catodo, sendo a rea dessa luminescncia diretamente proporcional corrente. Entretanto, no ponto E, onde a voltagem atravs do tubo comea a crescer com a corrente, o catodo passa a ter toda sua superfcie coberta por essa luminescncia. A partir desse ponto parece que a densidade de corrente no catodo tende a ser constante, e que a voltagem do tubo tambm permanece constante, mas se a densidade de corrente for confinada a crescer , a voltagem tambm crescer. Esse efeito no sempre claramente observado na prtica, s vezes a luminescncia do catodo estabelece-se sobre outras superfcies, como por exemplo, no suporte metlico atrs do eletrodo ou na base da cmara. A regio DE referente chamada luminescncia normal , enquanto que a descarga na regio EF chamada luminescncia abnormal.

    O efeito da mudana de presso bem pronunciado e segue uma lei bastante simples: o comprimento do espao escuro do catodo inversamente proporcional presso. Os comprimentos das outras regies variam aproximadamente da mesma maneira, exceto para a coluna positiva, que continua a ocupar a maior parte possvel do espao entre os eletrodos. Em presses muito baixas, nas quais o espao escuro do catodo preenche todo o espao entre os eletrodos, a descarga comea a se tornar um feixe de eltrons, e alm disso, com presses inferiores a 1Hg , a fonte de eltrons por bombardeamento de ons positivos passa a no ser mais o suficiente para manter a corrente, a no ser que a voltagem seja muito alta.

  • 11

    III - Parte Experimental A Aparato

    O aparato experimental utilizado para a realizao deste trabalho constitudo por: - Um sistema de vcuo formado por uma bomba mecnica e uma difusora; - Uma vlvula agulha conectada na parte superior da cmara para o controle do fluxo

    de gs injetado; - Uma cmara de vcuo com um par de eletrodos no seu interior (o eletrodo superior

    possui um grau de liberdade na vertical); - Um medidor de presso (pirani) digital; - Uma fonte de alta tenso d.c.; - Um espectrmetro acoplado a uma fibra ptica; - Um microcomputador com o software de interface micro-espectrmetro para a

    aquisio de dados; - Garrafes com diferentes gases.

    B - Procedimento

    Para a produo de plasma e obteno de suas linhas de emisso com o equipamento citado acima, o seguinte procedimento deve ser efetuado:

    1 - Preparao do sistema para a produo de plasma

    Inicialmente, com todas as vlvulas fechadas, ligue a bomba mecnica (BM) e, em seguida, abra a vlvula V3 (veja o esquema da figura 8) e o fluxo de gua responsvel pela refrigerao de bomba difusora (BD). Ligue a BD e aguarde alguns minutos (entre 30 a 50 minutos), at que ela fique bem quente.

    Quando a BD estiver pronta, feche V3 e abra V2 (ATENO: quando a bomba difusora estiver ligada, a vlvula V2 somente poder ser aberta quando V3 e V1 estiverem fechadas), espere a presso na cmara atingir cerca de 2x10-2Torr e, ento, feche V2 e abra V3 e V1, nesta ordem, e espere alguns minutos (aproximadamente 5 minutos).

  • 12

    Figura 8 Esquema do sistema de vcuo.

    2 - Produo de plasma

    Com V3 e V1 abertas, abra a vlvula agulha e controle o fluxo de gs at estabilizar a presso no interior da cmara em algum valor superior a 2x10-2Torr (a medida do pirani no confivel para presses com valores inferiores a este) e inferior a 2x10-1Torr (presses superiores a esta so muito altas para a BD).

    Depois de escolhida e fixada uma distncia entre os eletrodos, ligue a fonte d.c. de alta tenso e aumente a tenso at obter o plasma. Observe a estrutura do plasma e tente encontrar as regies mencionadas no item C para vrias distncias ente os eletrodos.

    3 - Obteno das linhas de emisso

    Posicione a lente do espectrmetro, bem prximo da cmara, na direo do espectrmetro.

    Abra o software OOBase32 e escolha a opo scope mode, clicando no cone . Aparecero na tela alguns picos (linhas de emisso) caractersticos do material com o qual

    est sendo feito o plasma. Se os picos estiverem muito pequenos aumente o tempo de integrao, se estiverem fora de escala diminua o tempo de integrao. Obtenha os comprimentos de onda do mximo de emisso de cada pico.

  • 13

    4 - Determinando o comprimento de onda de cada pico

    Para encontrar o comprimento de onda no ponto de intensidade mxima do pico clique no

    cone para paralisar a imagem, em seguida clique no cone , aparecer na tela uma linha paralela ordenada do sistema de coordenadas. Utilizando o mouse ou o teclado posicione esta reta no centro do pico desejado, no canto inferior esquerdo da tela aparecer o comprimento de onda correspondente a este ponto [4].

    5 - Salvando os dados

    Existem, basicamente, duas formas distintas de salvar os dados: (i) Com a imagem paralisada, escolha no menu a opo File/Save/experiment. Neste

    formato, os dados s podero ser visualizados atravs deste software. (ii) Com a imagem paralisada, escolha no menu a opo Edit/Copy/Spectral Data/All

    Spectrometer Channels. Em seguida abra o editor WordPad e no menu Edit escolha a opo Paste. Salve o arquivo com a extenso .txt ou .dat para que seja possvel abri-lo pelo Origin ou Excel.

    IV - Anlise de dados Verifique se os comprimentos de onda encontrados para os picos concordam com os valores

    encontrados na literatura (no Apndice III esto tabeladas as linhas de emisso do 18Ar e do 80Hg). Caso no haja concordncia, verifique novamente a calibrao do espectrmetro.

    Identifique as transies eletrnicas dos eltrons opticamente ativos correspondentes s linhas de emisso encontradas. No Apndice II existe uma tabela com as transies pticas do 18Ar, caso utilize outros elementos consulte o Handbook of the Physicochemical Properties of the Elements, bibliteca do IFGW - R546.

  • 14

    Apndice I Calibrao do Espectrmetro A relao entre o comprimento de onda da radiao detectada e o nmero de pixels dada

    por um polinmio de terceiro grau, como mostrado abaixo:

    ( ) 33221 pCpCpCIp +++=

    onde (p) o comprimento de onda relacionado ao pixel p, I o comprimento de onda para pixel 0 (zero) e Ci so os coeficientes dados em (nm/pixel), que devem ser calculados juntamente com I.

    Para este procedimento ser necessria uma fonte de linhas espectrais, como por exemplo; uma lmpada de Hg, Ar ou qualquer outra fonte que contenha pelo menos entre 4 e 6 linhas de emisso.

    Inicialmente, utilizando o programa OOIbase32 no scope mode, tire o espetro de emisso da sua fonte de luz. Se necessrio, ajuste o tempo de integrao para que nenhum pico fique fora de escala.

    Posicione o cursor do mouse sobre o ponto de intensidade mxima de um dos picos e anote o nmero de pixel e o comprimento de onda, repita este procedimento para todos os picos. Utilizando uma planilha (Origin, Excel...) faa uma tabela com os nmeros de pixel e o comprimentos de onda v real dos picos de emisso correspondentes, para algumas fontes os valores de v podem ser encontrados no Apndice III.

    Faa um grfico selecionando v como varivel dependente (y) e o nmero de pixel p como varivel independente (x) e, ento, execute a regresso polinomial de terceira ordem.

    Certifique-se de que o valor do coeficiente de correlao R possui um valor bem prximo de 1, se no tiver, verifique se no houve nenhum erro ao digitar os dados.

    Selecione o menu Spectrometer/Configure, escolha a opo Wavelengh Calibration e substitua os valores dos coeficientes encontrados. Repita este procedimento para todos os canais [5].

  • 15

    Apndice II Transies pticas Observadas no 18Ar

    Comprimento de

    onda () Energia (eV) Transio

    9657,78 12,90 4s3P1 - 4p1S1

    8521,44 13,28 4s1P1 - 4p1P1

    8115,31 13,1 4s3P2 - 4p3D3

    8103,69 13,15 4s3P1 - 4p3D1

    7635,11 13,16 4s3P2 - 4p1D2

    7503,87 13,5 4s1P1 - 4p1S0

    3948,98 14,68 4s3P2 - 5p3P1

    Tabela 2 Comprimento de onda e energia da radiao emitida pelo 18Ar e sua transio eletrnica correspondente.

    Na terceira coluna da tabela usamos a seguinte simbologia nsaPc, onde temos que: n = nmero quntico principal do nvel eletrnico. s ou p (minsculos) = orbital do eltron. a = nmero de estados no degenerados para um determinado valor do momento angular

    orbital total dos eltrons opticamente ativos. S, P ou D (maisculos) = soma dos momentos angulares orbitais dos eltrons opticamente

    ativos (momento angular orbital total). c = valor da soma entre o momento angular orbital total com o momento angular total de

    spin dos eltrons opticamente ativos4.

    4Para uma explicao mais detalha sobre a quebra da degenerescncia dos estados eletrnicos devido ao acoplamento LS dos eltrons opticamente ativos veja; Eisberg, R e Resnick, R., Fsica Quntica, editora Campus, cap 10 [6].

  • 16

    Apndice III Linhas de Emisso do 18Ar e 80Hg

    Seguem abaixo as figuras com as linhas de emisso do 18Ar e 80Hg, onde na abscissa temos o

    comprimento de onda em . Linhas de emisso do Argnio:

    Figura 9

  • 17

    Figura 10

    Figura 11

  • 18

    Figura 12

    Figura 13

  • 19

    Linhas de emisso do mercrio:

    Figura 14

    Figura 15

  • 20

    Figura 16

    Figura 17

  • 21

    Figura 18

    Figura 19

  • 22

    Bibliografia: [1] - Sminorv. B M., Introduction to Plasma Physics, Mir Publishers, Moscow (1975).

    [2] - Shohet, J. L., The Plasma State, Academic Press, New York (1971).

    [3] - Howatson, A. M., An Introduction to Gas Discharge, Pergamon Press, Oxford (1965).

    [4] - OOIBase32TM Spectrometer Operating Software Manual, Ocean Optics, Inc.(2000). [5] - Operating Manual and Users Guide (USB2000 Miniature Fiber Optic Spectrometers and Accessories), Ocean Optics, Inc. (2000).

    [6] - Eisberg, R. e resnick, R., Fsica Quntica, Editora Campus, Rio de Janeiro (1979).