domingo, 9 de setembro de 2012

Atividade 02

Questões


01)     Explique o processo de funcionamento das lâmpadas fluorescentes e incandescentes.
Primeiro, vamos dar uma breve explicação de ‘luz’:
A luz é uma forma de energia que pode ser liberada por um átomo. Ela é feita de várias partículas pequenas, como se fossem pacotes, que têm energia e força, mas não têm massa. Estas partículas, chamadas fótons, são as unidades fundamentais da luz.
Os átomos liberam os fótons de luz quando seus elétrons são excitados.
Uma onda de luz consiste de energia na forma de campos elétricos e magnéticos. Os campos vibram perpendicularmente à direção do movimento da onda e perpendiculares uns aos outros. Devido ao fato da luz ter tanto um campo elétrico quanto magnético, também é chamada de radiação eletromagnética.
A frequência é o número de ondas que passa por um ponto no espaço durante um intervalo de tempo determinado, normalmente um segundo. Ela é medida em unidades de ciclos (ondas) por segundo ou Hertz (Hz). A frequência de luz visível é chamada de cor e varia entre 430 trilhões de Hz, vista como vermelho, até 750 trilhões de Hz, vista como violeta. A escala total de frequências vai além do espectro visível, de menos de 1 bilhão de Hz (como nas ondas de rádio) até mais de 3 bilhões de bilhões de Hz (como nos raios gama). As ondas de luz são ondas de energia. Das luzes visíveis, o violeta tem mais energia e o vermelho tem menos.
A luz não somente vibra em frequências diferentes, mas também viaja em velocidades diferentes. As ondas de luz se movem no vácuo em sua velocidade máxima, que é de 300 mil km/s, o que faz da luz o fenômeno mais rápido do universo. As ondas de luz diminuem sua velocidade quando viajam em substâncias como o ar, água, vidro ou um diamante.

 
Lâmpada Incandescente

É constituída por um filamento de tungstênio alojado no interior de um bulbo de vidro preenchido com gás inerte (argônio). Quando da passagem da corrente elétrica pelo filamento, os elétrons se chocam com os átomos de tungstênio, liberando uma energia que se transforma em luz e calor.

As lâmpadas elétricas (incandescentes) têm uma estrutura muito simples. Na base, existem dois contatos de metal, que são ligados a dois fios rígidos, que são conectados ao filamento de metal fino. O filamento fica no meio da lâmpada, protegido por uma cápsula de vidro. Os fios e o filamento estão dentro da lâmpada de vidro, que é cheia de gás inerte, como o argônio.

Quando a lâmpada é ligada a um sistema de energia, uma corrente elétrica flui de um contato para o outro, passando pelos fios e pelo filamento. A corrente elétrica em um condutor sólido é o fluxo de elétrons livres (elétrons que não estão fortemente presos a um átomo) de uma área carregada negativa para uma área carregada positivamente.

Como os elétrons movem-se rapidamente através do filamento, eles estão constantemente batendo nos átomos que compõem o filamento. A energia de cada impacto faz um átomo vibrar, ou seja, a corrente aquece o átomo. Um condutor fino aquece mais facilmente do que um grosso, pois é mais resistente ao fluxo dos elétrons.

Os elétrons associados aos átomos que vibram podem ser impulsionados temporariamente para um nível mais alto de energia. Quando eles voltam ao seu nível normal, os elétrons liberam energia extra na forma de fótons. Geralmente, os átomos de metais liberam fótons de luz infravermelha, que é invisível ao olho humano. Porém, se os átomos forem aquecidos a aproximadamente 2.200º C (4.400º F) como por exemplo no caso da lâmpada elétrica, emitirão uma quantidade considerável de luz visível.

O filamento da lâmpada é feito de um longo e fino fio de tungstênio. Em uma lâmpada comum de 60 watts, o tungstênio mede quase 2 metros (6,5 pés) de comprimento e somente um centésimo de polegada de diâmetro. O tungstênio é colocado em uma bobina dupla, para que caiba em um espaço pequeno. Isto é, o filamento é enrolado para fazer uma bobina que depois é recoberta por uma bobina maior. Na lâmpada de 60 watts, a bobina tem menos de uma polegada de comprimento.

O tungstênio é usado em praticamente todas as lâmpadas incandescentes, pois é um material ideal para filamento.

Lâmpada Fluorescente

O elemento principal de uma lâmpada fluorescente é o tubo selado de vidro. Este tubo contém uma pequena porção de mercúrio e um gás inerte, tipicamente o argônio, mantidos sob pressão muito baixa. O tubo também contém um revestimento de pó de fósforo na parte interna do vidro e dois eletrodos, um em cada extremidade, conectados a um circuito elétrico.

Quando você acende a lâmpada, a corrente flui pelo circuito elétrico até os eletrodos. Passa uma voltagem considerável através dos eletrodos, então os elétrons migram através do gás de uma extremidade para a outra. Esta energia modifica parte do mercúrio dentro do tubo de líquido para gás. Como os elétrons e os átomos carregados se movem dentro do tubo, alguns deles irão colidir com os átomos dos gases de mercúrio. Estas colisões excitam os átomos, jogando-os para níveis de energia mais altos. Quando os elétrons retornam para seus níveis de energia originais, eles liberam fótons de luz.

Os elétrons nos átomos de mercúrio estão dispostos de tal maneira que liberam fótons de luz na faixa de comprimento de onda da ultravioleta. Nossos olhos não registram os fótons ultravioleta, então este tipo de luz precisa ser convertida em luz visível para iluminar a lâmpada.
É aqui que o revestimento de pó de fósforo do tubo entra em ação. Os fosforosos são substâncias que emitem luz quando expostas à luz. Quando um fóton atinge com um átomo de fósforo, um dos elétrons do fósforo pula para um nível mais alto de energia e o átomo se aquece. Quando o elétron volta para o seu nível normal de energia, ele libera energia na forma de outro fóton. Este fóton tem menos energia do que o original porque parte desta energia foi perdida na forma de calor. Em uma lâmpada fluorescente, a luz emitida está no espectro visível, o fósforo emite luz branca que podemos enxergar. Os fabricantes podem variar a cor da luz usando combinações de fosforosos diferentes.

Quando a lâmpada fluorescente é ligada, os filamentos dos dois eletrodos aquecem rapidamente e liberam os elétrons que ionizam o gás no tubo. Uma vez que o gás está ionizado, a diferença de voltagem entre os eletrodos estabelece um arco elétrico. As partículas carregadas que fluem excitam os átomos de mercúrio provocando o processo de iluminação.

Resumindo:

As lâmpadas incandescentes ‘incandescem’ e as lâmpadas fluorescentes ‘fluorescem’. Ou seja, grosso modo, na lâmpada incandescente o filamento de tungstênio produz luz e calor quando é submetido à passagem de uma determinada corrente elétrica. Na lâmpada fluorescente é o mercúrio que produz fótons de luz ultravioleta quando é submetido à passagem de determinada corrente elétrica e o revestimento de pó de fósforo do tubo converte a luz ultravioleta em luz visível para os olhos humanos.
 
02)     Qual a importância da evolução dos modelos atômicos?
Resumo da evolução dos modelos atômicos:

Leucipo viveu por volta de 450 a. C. (à 2.450 de anos atrás) e dizia que a matéria podia ser dividida em partículas cada vez menores, até chegar-se a um limite.

Demócrito, discípulo de Leucipo, viveu por volta de 470 a 380 a. C.  e afirmava que a matéria era descontínua, isto é, a matéria era formada por minúsculas partículas indivisíveis, as quais foram denominadas de átomo (que em grego significa "indivisível"). Demócrito postulou que todos os tipos de matéria era formada a partir da combinação de átomos de 4 elementos: água, ar , terra e fogo. O modelo da matéria descontínua foi rejeitada por um dos grandes filósofos da época, Aristóteles, o qual afirmava que a matéria era contínua, isto é, a matéria vista como um "todo inteiro" (contrastando com a ideia de que a matéria era constituída por minúsculas partículas indivisíveis).

O químico inglês John Dalton, que viveu entre 1.766 a 1.825, afirmava que o átomo era a partícula elementar, a menor partícula que constituía a matéria. Em 1.808, Dalton apresentou seu modelo atômico: o átomo como uma minúscula esfera maciça, indivisível, impenetrável e indestrutível. Para ele, todos os átomos de um mesmo elemento químico são iguais, até mesmo as suas massas. Hoje, nota-se um equívoco pelo fato da existência dos isótopos, os quais são átomos de um mesmo elemento químico que possuem entre si massas diferentes. Seu modelo atômico também é conhecido como "modelo da bola de bilhar".

Pesquisando os raios catódicos, o físico inglês J. J. Thomson demonstrou que os mesmos podiam ser interpretados como sendo um feixe de partículas carregadas de energia elétrica negativa, as quais foram chamadas de elétrons. Utilizando campos magnéticos e elétricos, Thomson conseguiu determinar a relação entre a carga e a massa do elétron. Ele conclui que os elétrons (raios catódicos) deveriam ser constituintes de todo tipo de matéria, pois observou que a relação carga/massa do elétron era a mesma para qualquer gás que fosse colocado na Ampola de Crookes (tubo de vidro rarefeito no qual se faz descargas elétricas em campos elétricos e magnéticos). Com base em suas conclusões, Thomson colocou por terra o modelo do átomo indivisível e apresentou seu modelo, conhecido também como o "modelo de pudim com passas".

O modelo atômico de Rutherford é baseado nos resultados da experiência que Rutherford e seus colaboradores realizaram: bombardeamento de uma lâmina muito fina (delgada) de ouro (Au) com partículas alfa (que eram positivas). Rutherford e seus colaboradores verificaram que, para aproximadamente cada 10.000 partículas alfa que incidiam na lâmina de ouro, apenas uma (1) era desviada ou refletida. Com isso, concluíram que o raio do átomo era 10.000 vezes maior que o raio do núcleo. Comparando, se o núcleo de um átomo tivesse o tamanho de uma azeitona, o átomo teria o tamanho do estádio do Morumbi. Surgiu então em 1.911, o modelo do átomo nucleado, conhecido como o modelo planetário do átomo: o átomo é constituído por um núcleo central positivo, muito pequeno em relação ao tamanho total do átomo porém com grande massa e ao seu redor, localizam-se os elétrons com carga negativa (compondo a "enorme" eletrosfera) e com pequena massa, que neutraliza o átomo.

Porém, o modelo de Rutherford têm dois equívocos:
-Uma carga negativa, colocada em movimento ao redor de uma carga positiva estacionária, adquire movimento espiralado em direção à carga positiva acabando por colidir com ela;
-Uma carga negativa em movimento irradia (perde) energia constantemente, emitindo radiação. Porém, sabe-se que o átomo em seu estado normal não emite radiação.

O físico dinamarquês Niels Bohr conseguiu "solucionar" os equívocos cometidos por Rutherford baseando-se na ideia de que um elétron só pode estar em movimento ao redor do núcleo se estiver em órbitas específicas, definidas, e não se encontra em movimento ao redor do núcleo em quaisquer órbitas. As órbitas permitidas constituem os níveis de energia do átomo ( camadas K L M N ... ).
Após o modelo de Bohr postular a existência de órbitas circulares específicas, definidas, em 1916 Sommerfeld postulou a existência de órbitas não só circulares, mas elípticas também. Para Sommerfeld, num nível de energia n, havia uma órbita circular e (n-1) órbitas elípticas de diferentes excentricidades.

Por exemplo, no nivel de energia n = 4 (camada N), havia uma órbita circular e três órbitas elípticas. Cada uma das órbitas elípticas constitui um subnível, cada um com sua energia.

Os modelos atômicos evoluíram até chegarmos ao modelo atual da Nuvem Eletrônica.

O modelo atômico atual aceita alguns princípios:

-Elétrons possuem carga negativa, massa muito pequena e se movem em órbitas ao redor do núcleo atômico;
-O núcleo atômico está situado no centro do átomo, sendo constituído por prótons que são partículas de carga elétrica positiva, cuja massa é de aproximadamente 1.837 vezes superior à massa do elétron, e por nêutrons, partículas sem carga e com massa ligeiramente superior a dos prótons;
-O átomo é eletricamente neutro porque possui número igual de elétrons e prótons;
-O número de prótons no átomo se chama número atômico, representado pela letra Z e utilizado para estabelecer o lugar de um determinado elemento na tabela periódica dos elementos.
- A tabela periódica é uma ordenação sistemática dos elementos químicos conhecidos;
-Cada elemento possui um número de elétrons distribuídos nos diferentes níveis de energia do átomo correspondente;
-Os níveis energéticos (ou camadas) são denominados pelos símbolos K, L, M, N, O, P e Q;
-A camada mais próxima do núcleo (K) comporta somente dois elétrons. As camadas L e Q comportam oito elétrons. As camadas M e P comportam dezoito elétrons. E por fim, as camadas N e O comportam trinta e dois elétrons.
-Os elétrons da última camada são responsáveis pelo comportamento químico do elemento e por isso são denominados de Elétrons de Valência;
-O número de massa (representado pela letra A) é equivalente à soma do número de prótons e nêutrons presentes no núcleo;
Calculando: A= Z + N ou N = A - Z
Sendo:
A: Massa
Z: Número Atômico ou Número de Prótons
N: Número de Nêutrons
 
Exemplo: O elemento Cálcio tem 20 prótons, sua massa é de 90g, qual será o número de nêutrons?
Usando a fórmula temos: 90 = 20 + N. Logo, N tem valor de 70. Conclui-se que o número de nêutrons neste elemento é setenta.

Os átomos estão presentes em todo corpo existente, sendo é muito importante o estudo do átomo. Com as novas descobertas as teses do modelo atômico vão se aperfeiçoando.
Os conhecimentos científicos estão intimamente ligados ao grande desenvolvimento tecnológico da nossa sociedade atual. Assim pode-se dizer que o desenvolvimento dos modelos atômicos foi um dos responsáveis pelo avanço no ramo médico que vai desde medicamentos até os modernos aparelhos de ressonância magnética. Tudo graças à evolução do Modelo Atômico.

03) Como vocês já devem ter observado o universo em que vivemos é colorido. O que define essas cores?
Como a luz é uma forma de energia que atravessa o espaço e pode ser tratada como uma onda, o que define uma cor é o tamanho dessa onda de energia. Exemplo: ondas menores são azuis, ondas maiores são vermelhas.

03)     Explique o que são nanopartículas superparamagnéticas.
São partículas nanométricas que apresentam magnetização apenas na presença de um campo magnético externo, ou seja, não produzem seu próprio campo magnético. Quando a fonte magnética externa é retirada, as nanopartículas não permanecem magnetizadas. A propriedade de superparamagnetismo está diretamente ligada ao tamanho das nanopartículas magnéticas (nanopartículas com tamanho médio de 50nm são obtidas utilizando-se a síntese de nanopartículas superparamagnéticas de magnetita através do método da co-precipitação).

Quanto mais próxima da forma esférica e maior uniformidade entre as formas, maior será a eficiência das nanopartículas com maior aplicabilidade, seja como ferrofluido, como separador de células ou removedor de poluentes. Sendo assim, o controle do tamanho das nanopartículas durante a síntese é extremamente importante para aplicações tecnológicas.

Dentre os diversos materiais ferromagnéticos, os óxidos de ferro se destacam pela sua disponibilidade, baixo custo, facilidade de preparação e estabilidade.

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