Fisicamódulo Luz

eFontes de luz

Miguel Ferreira Nº13

1. Natureza da Luz

1.1 - Evolução histórica dos conhecimentos sobre a luz

• Luz é uma gama de comprimentos de onda a que o olho humano é sensível.

• Corpos Iluminados são os que recebem a luz de outros corpos e a transmitem, são por isso receptores de luz.

• Corpos Luminosos são os que emitem a luz própria, são por isso fontes de luz.

• Tipos de Feixes de luz:

Paralelas Divergentes

Convergentes

• Fontes Luminosas

• Para Isaac Newton, uma fonte luminosa era conhecida como emissor de crepúsculos que se deslocavam em linha recta.

• Maxwell concluiu que a luz visível é constituída por ondas electromagnéticas, em tudo análogas às restantes, com a única diferença na frequência e comprimento de onda.

• Refracção da Luz é a passagem da luz por meios com diferentes índices de refracção, a refracção modifica a velocidade da luz, mesmo que a direcção permaneça a mesma.

• Reflexão da Luz consiste na mudança da direcção de propagação da energia.

1.2 - Espectro Electromagnético

• É um plano contínuo de ondas electromagnéticas arranjadas de acordo com a sua frequência e comprimento.

• A energia electromagnética passa através do espaço à velocidade da luz e em forma de onda sinusoidal.

• A luz é um tipo particular de radiação electromagnética que pode ser vista e sentida pelo olho humano, mas este tipo de energia engloba um alcance considerável de comprimentos de onda.

• O espectro está dividido em várias secções de acordo com o comprimento de onda, como podemos observar na figura.

Radiação e fontes de luz visível

2.1 - Origem microscópica da luz

• A luz a forma como a conhecemos é uma gama de comprimentos de onda a que o olho humano é sensível. Trata-se de uma radiação electromagnética ou num sentido mais geral, qualquer radiação electromagnética que se situa entre a radiação infravermelha e a radiação ultravioleta. As três grandezas físicas básicas da luz (e de toda a radiação electromagnética) são: brilho (ou amplitude), cor (ou frequência), e polarização(ou ângulo de vibração). Devido à dualidade onda-partícula, a luz exibe simultaneamente propriedades de ondas e partículas.

2.2 - Tipos de fontes de luz

• Fluorescência – capacidade de uma substância de emitir luz quando

exposta a radiações do tipo ultravioleta (UV).

• Descargas Eléctricas– são picos de tensão provocada na rede de energia

elétrica pelas descargas atmosféricas, e são conhecidas como raios.

• Pirilampos– é um insecto notório pelas suas emissões luminosas.

• Auroras Polares– é um fenómeno óptico composto de um brilho

observado nos céus nocturnos em regiões próximas a zonas polares.

Óptica Ondulatória e

Óptica Quântica

1 - Óptica Ondulatória

• A óptica ondulatória é a parte da óptica que estuda a luz considerando-a uma onda plana, estudando a frequência e longitude da onda. É utilizada no estudo da difração.

1.1 - Interpretação ondulatória da luz

• No século XVII, Huygens, entre outros, propôs a ideia de que a luz fosse um fenómeno ondulatório. Francesco Maria Grimaldi observou os efeitos de difracção, actualmente conhecidos como associados à natureza ondulatória da luz, em 1665, mas o significado das suas observações não foi entendido naquela época.

• As experiências de Thomas Young e Augustin Fresnel sobre interferência e difracção no primeiro quarto do século XIX, demonstraram a existência de fenómenos ópticos, para os quais a teoria corpuscular da luz seria inadequada, sendo possíveis se à luz correspondesse um movimento ondulatório. As experiências de Young capacitaram-no a medir o comprimento de onda da luz e Fresnel provou que a propagação rectilínea, tal como os efeitos observados por Grimaldi e outros, podiam ser explicados com base no comportamento de ondas de pequeno comprimento de onda.

• O físico francês Jean Bernard Léon Foucault, no século XIX, descobriu que a luz se deslocava mais rápido no ar do que na água. O efeito contrariava a teoria corpuscular de Newton, esta afirmava que a luz deveria ter uma velocidade maior na água do que no ar.

• James Clerk Maxwell, ainda no século XIX, provou que a velocidade de propagação de uma onda eletromagnética no espaço equivalia à velocidade de propagação da luz de aproximadamente 300.000 km/s.

1.2 - Interferência de duas ondas

• Sabemos que dois objectos materiais não ocupam o mesmo lugar no espaço. Com as ondas isso é diferente: elas podem coexistir ao mesmo tempo e no mesmo local. Quando isso ocorre, temos o chamado fenómeno da superposição de ondas, de ou de interferência de ondas.

Nesse fenómeno, uma crista de onda pode se sobrepor a outra crista e assim criar uma onda de maior amplitude. Uma crista também pode se sobrepor a um vale de onda, resultando em uma crista de menor amplitude - ou até de amplitude nula.

1.3 - Polarização

• A polarização da luz mostra o seu caracter ondulatório. Alguns cristais têm a propriedade de polarizar a luz: só deixam passar a parte da onda que oscila num determinado plano. A luz que atravessa um filtro polarizador oscila num único plano.

• A luz também é polarizada quando é reflectida numa superfície. Se observamos a luz reflectida numa superfície através de um filtro polarizador, o reflexo desaparecerá se o plano de polarização do filtro for perpendicular à superfície reflectora. Os cristais líquidos podem mudar o seu eixo de polarização quando por eles circula corrente eléctrica. Esse é o princípio usado nos ecrans de calculadoras e de telemóveis.

• A polarização da luz explica-se facilmente admitindo que a luz é uma onda transversal (oscila em planos perpendiculares à direcção de propagação). Mas na época de Newton e Huygens, esse argumento foi usado de facto contra a teoria ondulatória. Segundo Huygens, a luz era uma onda que se propagava num meio (o hipotético éter) em forma análoga ao som que se propaga no ar.

• Mas uma onda que se propague num meio, em forma análoga ao som no ar, deverá ser uma onda longitudinal (oscila no sentido da propagação) e não uma onda transversal. Concluia assim Newton que a teoria de Huygens não podia ser válida.

2. - Óptica Quântica

• A Óptica Quântica é o ramo da Física que lida com a aplicação da Mecânica Quântica aos fenômenos eletromagnéticos referentes à luz.

• É usado para se acreditar que a luz era de energia simples e que não havia partículas. No entanto, com o estudo da quântica, os cientistas foram capazes de deduzir que a luz era realmente fazer-se de pequenas partículas, conhecido como ótica photons.Quantum é o estudo da luz e suas interações com a matéria. Mais especificamente, óptica quântica é um campo de estudo onde os cientistas observam a natureza e os efeitos da luz sobre os fótons que estão sendo quantificados.

2.1 - Interpretação quântica da luz Efeito fotoeléctrico

• A Óptica Quântica é o ramo da Física que lida com a aplicação da Mecânica Quântica aos fenômenos eletromagnéticos referentes à luz.

• O efeito fotoeléctrico é a emissão de electrões por um material, geralmente metálico, quando exposto a uma radiação electromagnética de frequência suficientemente alta, que depende do material. Ele pode ser observado quando a luz incide numa placa de metal, literalmente arrancando electrões da placa.

FIM