O que você vai ver neste post:
- Público
- Componentes Curriculares
- Competências e habilidades (BNCC)
- Introdução a Espectroscopia
- Materiais
- Montagem
- Gabarito
- Referências Bibliográficas
Público: Alunos do Ensino Médio
Propõe-se uma prática de análise de espectros de diferentes fontes luminosas. Os alunos montarão seus próprios espectrômetros de difração, utilizando lâminas de barbear como fenda colimadora e como rede de difração, utilizarão um pedaço de CD ou DVD.
Componentes curriculares
Esta proposta de atividade pode ser trabalhada para abordar os seguintes tópicos:
- Química (Ciências da Natureza)
- Espectroscopia / Análise de material
- Física (Ciências da Natureza)
- Óptica / Ondulatória / Luz x Calor
- Biologia
- Fotossíntese / Cadeia alimentar
- Arte (Linguagens)
- Cor e luz
Competências e Habilidades (BNCC)
Ciências da Natureza e suas Tecnologias
Competências específica 1 – “Analisar fenômenos naturais e processos tecnológicos, com base nas interações e relações entre matéria e energia, para propor ações individuais e coletivas que aperfeiçoem processos produtivos, minimizem impactos socioambientais e melhorem as condições de vida em âmbito local, regional e global.”.
- Habilidade EM13CNT103 – “Utilizar o conhecimento sobre as radiações e suas origens para avaliar as potencialidades e os riscos de sua aplicação em equipamentos de uso cotidiano, na saúde, no ambiente, na indústria, na agricultura e na geração de energia elétrica.”.
Sugestão: Aqui vale trabalha com o Maker como forma de provocar a curiosidade sobre certos assuntos, portanto o espectrômetro vai abrir o olhar dos alunos para um novo universo
Competência específica 2 – “Analisar e utilizar interpretações sobre a dinâmica da Vida, da Terra e do Cosmos para elaborar argumentos, realizar previsões sobre o funcionamento e a evolução dos seres vivos e do Universo, e fundamentar e defender decisões éticas e responsáveis.”.
- Habilidade EM13CNT203 – “Avaliar e prever efeitos de intervenções nos ecossistemas, e seus impactos nos seres vivos e no corpo humano, com base nos mecanismos de manutenção da vida, nos ciclos da matéria e nas transformações e transferências de energia, utilizando representações e simulações sobre tais fatores, com ou sem o uso de dispositivos e aplicativos digitais (como softwares de simulação e de realidade virtual, entre outros).”.
Sugestão: Pode-se, caso seja interessante, incluir neste projeto, outros professores, como os de Biologia e conversar como se dão as transformações de energia, desde quando saem do Sol, passando por toda a cadeia alimentar e chega até os humanos.
- Habilidade EM13CNT209 – “Analisar a evolução estelar associando-a aos modelos de origem e distribuição dos elementos químicos no Universo, compreendendo suas relações com as condições necessárias ao surgimento de sistemas solares e planetários, suas estruturas e composições e as possibilidades de existência de vida, utilizando representações e simulações, com ou sem o uso de dispositivos e aplicativos digitais (como softwares de simulação e de realidade virtual, entre outros).”.
Sugestão: Como são e como foram as estrelas que conseguimos ver, quais os elementos químicos compõe tais estrelas. Será que tiveram alguma influência sobre a formação do nosso (e de outros) planetas? Será que tiveram alguma influência sobre a formação de vida em nosso planeta? Com o intuito de enriquecer ainda mais tais discussões, pode-se convidar outros professores de Ciências da Natureza, como Química e Biologia, para participarem desta atividade.
Competência específica 3 – “Investigar situações-problema e avaliar aplicações do conhecimento científico e tecnológico e suas implicações no mundo, utilizando procedimentos e linguagens próprios das Ciências da Natureza, para propor soluções que considerem demandas locais, regionais e/ou globais, e comunicar suas descobertas e conclusões a públicos variados, em diversos contextos e por meio de diferentes mídias e tecnologias digitais de informação e comunicação (TDIC).”
- Habilidade EM13CNT303 – “Interpretar textos de divulgação científica que tratem de temáticas das Ciências da Natureza, disponíveis em diferentes mídias, considerando a apresentação dos dados, tanto na forma de textos como em equações, gráficos e/ou tabelas, a consistência dos argumentos e a coerência das conclusões, visando construir estratégias de seleção de fontes confiáveis de informações.”
Sugestão: Para que os alunos compreendam mais o funcionamento do espectrômetro, bem como de partes da ondulatória envolvidas aqui, pode-se sugerir a leitura de textos mais técnicos. Evidentemente que no início da proposta os teremos muitas “Torções de narizes”, porém você pode ultrapassar essa barreira fazendo uma primeira leitura em conjunto com os alunos.
- Habilidade EM13CNT307 – “Analisar as propriedades dos materiais para avaliar a adequação de seu uso em diferentes aplicações (industriais, cotidianas, arquitetônicas ou tecnológicas) e/ou propor soluções seguras e sustentáveis considerando seu contexto local e cotidiano.”
Sugestão: A própria essência do espectrômetro permite que se trabalhe com as propriedades dos materiais. Pode-se por exemplo, citar uma situação problema em que uma indústria necessita analisar a composição química de diferentes produtos. Como fazer? Se você tiver as linhas espectrais de algumas elementos químicos e do produto a ser analisado, basta que comparem as linhas e conseguirão identificar cada um dos elementos.
Conheça mais sobre o BNCC e as Competências Gerais, com sugestões de atividades.
Introdução
Graças à luz das estrelas, o homem aprendeu muito sobre elas. Foi possível saber do que são feitas, há quanto tempo cada uma delas brilha no céu e até se alguma parece com o Sol e se tem planetas à sua volta. Tudo isso porque há um instrumento que decompõe a luz solar: o espectrômetro (aqui feito de CD ou DVD). O espectrômetro permite a visualização das raias e bandas do espectro da luz solar, conhecidas como linhas de Fraunhofer.
Desde que Joseph von Fraunhofer (1787-1826) descobriu raias sobre o espectro da luz solar decomposta, elas se tornaram as mais importantes ferramentas astronômicas depois do telescópio.
Esta descoberta nos permitiu analisar quais são os elementos presentes no Sol, chegando inclusive a descoberta do hélio (no Sol) antes mesmo que fosse conhecido na Terra. Por isso ele tem este nome (do grego, Helios = Sol).
Selo comemorativo dos 200 anos de nascimento de Fraunhofer – Deutsche Bundespost
Atualmente analisamos a composição de estrelas, de nebulosas e até mesmo de galáxias. Até mesmo estrelas duplas, impossíveis de se notar visualmente que são separadas foram descobertas. determinar suas velocidades e medir as velocidades de afastamento das galáxias, o que resultou na descoberta da expansão do universo. O espectro das estrelas geralmente se apresenta como uma faixa luminosa e contínua, contendo todas as cores do arco-íris interrompidas por raias escuras. Essas raias são as “impressões digitais” das estrelas, revelando a composição química das camadas superficiais do astro. Cada elemento químico tem a propriedade de mostrar raias no espectro em comprimentos de onda característicos. Comparando as raias de uma estrela com as obtidas em laboratório (com as “assinaturas” dos elementos químicos) é possível determinar a composição do astro. Estamos diante de uma das maravilhas do conhecimento científico: a espectroscopia. Ainda que não seja possível recolher uma amostra de uma estrela qualquer, somos capazes de determinar do que ela é feita – e com admirável precisão!
Além da astronomia, vários outros ramos da ciência foram beneficiados com a descoberta e muitos laboratórios modernos dispõem de espectrógrafos e espectrômetros de vários tipos.
Luz e calor: A chama de uma vela é uma reação química, a parte visível da matéria em modificação. Outros objetos (como o ferro fundido ou o filamento aquecido da lâmpada) podem emitir luz quando submetidos a altas temperaturas. Devido à incandescência, esses objetos tornam-se fontes de luz – e sua cor depende diretamente da composição da luz que irradiam. Não é difícil analisar as cores de uma luz. Basta fazê-la passar por uma fenda delgada e atravessar um prisma de vidro. Com isso obtemos o espectro da luz.
Exemplos de espectros:
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| Lâmpada incandescente | Lâmpada fluorescente comum | Tela de notebook |
Materiais:
- Papelão ou papel cartão – Prefira o que for mais firme;
- CD e/ou DVD – A mídia deve estar em boas condições);
- 3 cm de cano de plástico (PVC) com espessura de 1 polegada (~2,5 cm) – Se não tiver pode ser feito com papelão mesmo;
- 1 Lâmina de barbear de aço – CUIDADO COM ESTE ITEM!;
- Estilete e Tesoura;
- Cola e Fita Isolante – Por mais que seja melhor a fita isolante (por ser escura), se não tiver, pode ser uma fita crepe pintada de preto;
Montagem
Partes internas
Primeiramente, vamos montar o apoio do CD ou DVD. Seguindo a imagem 01 abaixo:
Imagem 01 – Molde do Apoio de CD
Recortar, montar e colar, seguindo as instruções do molde, na imagem 01. Não se preocupe em pegar as imagens agora, no final da postagem deixarei o gabarito para vocês baixarem!
No local onde aparece escrito “Colar CD/DVD Aqui” deve-se colar um pedaço de CD ou DVD conforme a imagem 02.
Imagem 02 – Pedaço utilizado de CD ou DVD na construção do espectrômetro.
Atenção para este próximo passo para não se machucar!
Para a parte da fenda 01, seguir a imagem 03 abaixo:
Imagem 03 – Ajuste das lâminas
Após separadas as duas metades vamos colas as lâminas na papel cartão seguindo a imagem 04.
Imagem 04 – Fenda 01 com as lâminas coladas
Para fazer a segunda fenda 02 (Seletor do feixe de luz), deve-se seguir a imagem 05.
Imagem 05 – Segunda Fenda
Externamente: Corpo do espectrômetro.
Siga a imagem 06, abaixo.
Imagem 06 – Corpo do espectrômetro.
Obs.: A fenda 02 (Seletor de feixe luminoso) deve ser colada na metade do comprimento do corpo, conforme o esquema abaixo:
Imagem 07 – Esquema de posicionamento de cada componente no interior do espectrômetro.
Vale deixar a dica de pintar de preto a face interna do corpo, com o intuito de evitar que a luz seja refletida de volta e sofra algum tipo de interferência.
Pronto! Agora é só montar o seu espectrômetro e ver o mundo de uma forma muito mais luminosa!
[symple_box style=”boxerror”]Observação relevante: Não aponte seu espectrômetro para fontes luminosas muito intensas, e se mesmo com este aviso você quiser fazer isto… Não fique muito tempo olhando para ela![/symple_box]
Gabarito
Clique aqui para baixar o seu gabarito de espectrômetro (em PDF).
Referências bibliográficas
- Francisco Catelli, Odilon Giovannini, Suzana França de Oliveira – “Espectrômetro Amador: Quantificando comprimentos de onda” – Caderno Brasileiro de Ensino de Física, v. 34, n. 3, p. 951-970, dezembro de 2017 – Clique aqui para ler o artigo.
- Mark Tiele Westra – “Uma nova visão da luz: Construa o seu próprio espectrômetro” – Science in School, The european journal for science teacher – Traduzido por Paulo Santos Ramos – Clique aqui para ler o artigo.
- Kepler de Souza Oliveira Filho, Maria de Fátima Oliveira Saraiva – “Espectroscopia” – UFRGS – Clique aqui para ler o artigo.
- “DIY material snalysis” – Spectral Workbench – Public Lab – Clique aqui para ler o artigo.
Crédito pelas imagens:
Linhas de Fraunhofer: Wikimedia Commons.
Selo em homenagem ao trabalho de Joseph Von Fraunhofer: Deutsche Bundespost (Domínio público).
Imagens em formato Gif utilizadas no post: Animation Loop GIF by Gerhard Funk e
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