O Experimento de Ritter
Este
roteiro é uma tradução livre do inglês, por Henrique Aita Fraquelli, 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/
Objetivo:
Realizar uma versão da
experiência de 1801 na qual a luz ultravioleta foi descoberta por Johann
Wilhelm Ritter
Contextualização:
Depois conhecer a descoberta de Willian Herschel da luz infravermelha,
na qual o mesmo encontrou além da porção visível vermelha do espectro em 1800,
Johann Ritter iniciou experimentos para verificar se ele poderia detectar
também luz “invisível” além da porção violeta do espectro. Em 1801, ele estava
aprendendo sobre o cloreto de prata, que se torna escuro quando exposto a luz.
Ele estava ciente que a luz azul causava uma reação maior no cloreto de prata
que a luz vermelha. Ritter decidiu
então medir a taxa com que o cloreto de prata reagia com as diferentes cores
que formam a luz. Ele direcionou então a luz solar de modo que atravessasse um
prisma de modo a criar um espectro. Colocou então o cloreto de prata sob cada
cor do espectro e encontrou que era possível observar uma pequena mudança na
parte vermelha do espectro, escurecendo em direção a região violeta do
espectro. Johhann Ritter decidiu então colocar a cloreto de prata um pouco além
da luz violeta visível do espectro, em uma região aonde não incidia
visivelmente a luz solar. Para sua surpresa, esta região mostrou a reação mais
intensa de todas. Isto demonstrou pela primeira vez que luz na “forma
invisível” existia além do limiar violeta do espectro visível. Este “novo tipo” de luz, o qual Ritter
chamou de “raios químicos”, foi mais tarde “renomeado” como luz ultravioleta ou
radiação ultravioleta (a palavra ultra significa além). Ainda que o
procedimento utilizado em nosso experimento seja um pouco diferente do
utilizado originalmente por Ritter, os resultados obtidos serão similares.
MATERIAIS: Um prisma de vidro, um folha de papel
heliográfico ferro-prussiato sensível a luz azul (blueprint paper, daqui em diante papel
fotográfico), amônia de uso doméstico, água “morna”, uma vasilha pequena e
quadrada, um pedaço de papelão um pouco maior que o cadinho, uma caneta de cor
preta e traço fino, água, uma caixa de papelão, tesouras, uma régua, uma folha
de papel de cor branca e uma fita durex.
Nota 1: o PAPEL FOTOGRÁFICO é extremamente
sensível a luz – mantenha-o na parte “escura” até que seja colocado sob o
espectro produzido pelo prisma.
NOTA
2: Este experimento usa amônia para revelar o papel fotográfico. A amônia deve
ser manuseada com cuidado (crianças devem ser mantidas a distância). Para
reduzir o vapor da amônia e aumentar a segurança, devemos realizar um teste
para determinar a quantidade de amônia que pode ser diluída e ainda revelar
efetivamente o papel fotográfico dentro de um intervalo de tempo razoavelmente
curto. Nossos resultados indicam que uma mistura composta de 90% de água “morna”
e 10% de amônia funciona bastante bem para um papel fotográfico exposto ao seu
vapor por 90 segundos. Clique no link “revelando
o papel fotográfico” (ainda não traduzido) se tiver dúvidas/curiosidade com
respeito ao processo.
Para
melhores resultados, leia cuidadosamente as seções de Preparação e
Procedimentos antes de iniciar o experimento. Professores devem procurar
realizar este experimento antes de aplicar este roteiro aos seus estudantes.
PREPARAÇÃO:
Este experimento deve ser executado fora da sala de aula em um dia
ensolarado. Em dias de nuvens “carregadas”, o experimento pode ter seus
resultados prejudicados.
A
Figura 1 ilustra o experimento montado conforme as instruções contidas nesta
seção.
Figura 1
Iniciando
o preparo:
Pegue
a caixa de papelão, recorte um retângulo na lateral superior da caixa (o
retângulo deve ter dimensões compatíveis com as do prisma) e fixe então o
prisma na caixa (veja figura 2).
Em um
ambiente escuro, recorte um pequeno pedaço do papel fotográfico com dimensão
(sugerida) 10x10 cm2 de área. Lembre que este pedaço de papel
fotográfico deve ter um tamanho capaz de ser acondicionado na vasilha quadrada
requerida pelo experimento. Mantenha a folha de papel fotográfico protegida da
luz até que ela seja necessária. Se você não tiver um “prendedor” para fixar o
prisma à caixa, o meio mais fácil é cortar uma área na borda superior da caixa de
papelão e montar o prisma (conforme a figura abaixo).
Figura 2
PROCEDIMENTO:
Tendo realizado as instruções contidas na preparação ao experimento,
inicie colocando a folha de papel branco no fundo da caixa de papelão. Isto
ajudará você a ver as cores do espectro mais claramente. Estando com os
equipamentos sob o Sol, você deverá “rotar” o prisma em torno de seu eixo, de
modo a que a luz solar incidente sobre o prisma dê origem a luz dispersa com suficiente separação entre as cores de
modo a seguir com o experimento. Eventualmente a caixa deverá também ser
inclinada – isto pode ser necessário dependendo da altitude do Sol no céu. A
Figura 3 ilustra esta etapa do procedimento
Figura 3
Sem expor o papel
fotográfico
diretamente a luz solar, rapidamente coloque-o no fundo da caixa, na região em
que o espectro é visível – com o lado colorido do papel fotográfico virado para cima, exposto as cores
espectrais. Tome cuidado de deixar uma região bastante grande do papel fotográfico na área em que se observerá a
porção ultravioleta do espectro. Figura 4 ilustra esta etapa da montagem do
experimento.
Figura 4
Imediatamente fixe com fita durex o papel fotográfico no
fundo da caixa de modo a ter segurança que o mesmo não se movimentará. Use
então uma caneta para demarcar a região do papel fotográfico que contém a
região visível do espectro. Nomeie o extremo violeta que com a letra V e o
extremo vermelho com a letra R. Deixe o papel exposto por mais ou menos 30
segundos. As Figuras 5 e 6 ilustram esta etapa do procedimento experimental.
Figura 5
Figura 6
Remova então cuidadosamente o papel fotográfico e tente não expô-lo à luz solar
durante este processo. Leve o papel
fotográfico
para um ambiente ventilado e livre da incidência direta da luz solar.
Deposite na vasilha quadrada a mistura preparada
antecipadamente contendo 90% de água morna e 10% de amônia. Preencha a vasilha
de modo a que a mesma contenha mistura o suficiente para que a profundidade
fique em torno de 1 centímetro.
NOTA: esta etapa do procedimento requer muita cautela e
atenção e não deve ser realizada por crianças.
Posicione
o papel fotográfico no topo do vasilhame (tomando o cuidado para que o papel
fotográfico não entre em contato com a solução de amônia), mantendo o lado colorido do papel virado para a solução de
amônia de uso doméstico (como mostrado abaixo na Figura 7). Tome cuidado
para não inalar o vapor que exala da mistura de amônia. Mantenha o papel
sobre a vasilha por mais ou menos 90 segundos. Isto então revelará o papel fotográfico.
Figura 7
Uma
vez que o papel fotográfico esteja “revelado”, mova-o para um local distante da
solução de amônia e estude os resultados. Observar-se-á um retângulo branco (ou
“claro”) em torno da região de papel
fotográfico que foi exposta a luz solar. Esta região clara estará envolvida por
uma região muito mais escura.
Será
“claramente visível” que a região exposta ao extremo vermelho do espectro
(letra R) não é tão clara (branca) quanto a região exposta ao extremo violeta
do espectro (letra V). Mais importante, poderá ser observado que a região clara
(branca) se estende além do limite identificado com o espectro visível do
espectro em seu extremo violeta. Esta
região foi exposta à luz “invísivel” do ultravioleta. A Figura 8 ilustra o
encontrado no final do experimento.
Figura 8
Usando uma régua, meça o
comprimento da região demarcada como espectro visível. Meça então quão “longe”
a região clara no papel se estende além da linha que delimita o extremo violeta
do espectro visível. Adicione estes dois valores de modo a calcular a extensão
total da região exposta. Compare seus resultados com os obtidos por outros
colegas e calcule o valor médio obtido pela classe de alunos.
DADOS/OBSERVAÇÕES:
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Comprimento do espectro visível |
Comprimento da região ultravioleta |
Comprimento total |
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CÁLCULOS:
Calcule a média dos comprimentos
medidos pela classe de alunos.
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Soma dos comprimentos (Wsum) |
Número total de observações (N) |
Média da classe (Wsum) / N |
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Comprimento do espectro visível |
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Comprimento do espectro ultravioleta |
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Comprimento total |
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Calcule o percentual da área no papel fotográfico que foi iluminada pela luz
visível e a área exposta a luz ultravioleta.
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Percentual da região exposta a luz visível: |
Percentual da região exposta a luz Ultravioleta (comprimento da
região ultravioleta / comprimento
total) x 100 |
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QUESTÕES:
1) O que aconteceu com o papel
fotográfico depois que ele foi revelado?
2) Descreva o que aconteceu com a
área que foi exposta a parte visível do espectro.
3) Descreva o que aconteceu com o
papel fotográfico na região além da porção violeta do espectro – aonde nenhuma
luz visível pode ser observada.
4) O que você imagina que existe
além da porção violeta do espectro?
Você imagina que isto prova a existência de uma forma de luz invísivel?
Por que sim e por que não?
5) Discuta outras observações ou
problemas