O Experimento de Hercshel*

Henrique Aita Fraquelli

 

*Este roteiro é uma tradução livre do inglês de um roteiro experimental desenvolvido por um grupo de divulgação científica associado à NASA, e encontra-se disponível na forma original no endereço eletrônico  http://coolcosmos.ipac.caltech.edu/

 

Em 1800, Sir Willian Herschel descobriu a existência do infravermelho através de um experimento muito similar ao que será apresentado neste roteiro. Herschel fez a “luz solar” atravessar um prisma. Ao atravessar o prisma, este divide a “luz solar” em um “arco-íris” de cores chamdo espectro. O espectro contém todas as cores que “formam” a “luz solar”. Herschel estava interessado na medida da quantidade de calor associada a cada cor. Para fazer isto ele usou termômetros com “bulbos pretos” e mediu a temperatura nas diferentes cores do espectro. Ele percebeu que a temperatura crescia  da parte azul do espectro para a parte vermelha. Ele então posicionou o termômetro um pouco além da parte vermelha do espectro, em uma região aonde não havia incidência de luz visível e encontrou que a temperatura que o termômetro media era mesmo mais alta. Herschel concluiu então que deveria haver “outro tipo de luz” o qual não podia ser visto nesta região. Esta luz ele chamou de infravermelho.

 

É bastante fácil recriar este experimento. Tudo que você necessita é um prisma adequado, 3 termômetros a álcool, um pedaço de papel branco e uma caixa. Você precisará escurecer o “bulbos” do termômetro para que o experimento funcione corretamente, uma vez que escurecido (bulbo tornado negro) o termômetro absorverá melhor o calor. Para fazer isto você pode pintar os “bulbos” com uma camada fina de tinta preta.

 

Na imagem acima você pode ver como arranjar os materiais utilizados neste experimento quando em medidas “externas” (em um pátio de escola, por exemplo). Nós dispomos um pedaço de papel branco no “fundo” de uma caixa de papelão e fixamos o prisma na caixa (veja figura). A seguir, rotamos o prisma até que um bom espectro alargado apareça “sobre” o papel branco posicionado no fundo da caixa. Para conseguir um “bom espectro”, nós “rotamos” a caixa com o prisma fixado, colocando adequadamente pedras planas sob a mesma.

 

Primeiramente, devemos checar a termperatura dos termômetros distante do espectro, mas na parte “sombreada” da caixa. A imagem acima mostra a temperatura antes dos termômetros serem colocados “sob” o espectro. Todos os 3 mostram a leitura de 76oF, quando dispostos na sombra.

 

 

Colocamos então os termômetros sob o espectro, conforma a imagem acima. Nós posicionamos o “bulbo” esquerdo na parte azul do espectro, o bulbo do meio na parte amarela do espectro, o bulbo da direita um pouco além da parte vermelha do espectro – na região aonde não existe luz visível.

A imagem acima mostra as leituras da temperatura depois de um minuto. Se passam um poucos minutos para que a temperatura final se estabeleça. “Dentro” deste minuto você já pode ver a diferença de temperatura. O termômetro na parte azul do espectro mostra a mais baixa leitura, a qual não é muito maior que a da área “sombreada da caixa (e distante do espectro – 1a leitura feita neste experimento). A parte amarela do espectro mostra uma leitura de temperatura mais alta que a da “região azul”. O termômetro da direita, o qual está posicionado na região escura “logo além” da região definida pela cor vermelha, mostra a mais alta temperatura das 3 regiões (o sol moveu-se levemente neste tempo em que a imagem foi tomada, e conseqüentemente o bulbo mais a direita tem uma porção pequena do espectro vermelho iluminando o mesmo).

A diferença entre as 3 leituras de temperatura continua a crescer até que a temperatura final seja alcançada (mostrada na imagem acima). Você pode observar então que a área escura mostra um temperatura maior que as áreas que estão nas regiões iluminidas com a luz visível.

As leituras finais serão:     

azul:                            80 oF     (26,7oC)

amarelo:                     83 oF     (28,3oC)

infravermelho:            86 oF     (30  oC)

Nota: A diferença entre as temperaturas das cores no espectro varia com o comprimento do espectro, o qual depende de aspectos metereológicos e da distância do prisma. Em todos os casos a tendência de temperatura crescente do azul para o infravermelho ainda aparecerá.

O experimento de Herschel foi importante não unicamente porque levou a descoberta da radiação infravermelha, mas também porque pela 1a vez alguém mostrou que existiam formas de luz que não podiam ser observadas com nossos olhos. Como sabemos agora, existem muitos outros tipos de luz que não podem ser “vistas” e as cores visíveis são apenas uma parte bastante “pequena” daquilo que chamos de espectro eletromagnético (veja figura abaixo).

espectro