- Tipos de Espectros
- Radiação de corpo negro
- Produção de espectros de linha
Tipos de espectros
Os espectros podem ser simplificados para um dos três tipos básicos. Exemplos simples nas bandas de onda visíveis são mostrados abaixo.
| Tipo de Espectro | Exemplo fotográfico |
|---|---|
| Continuo (ou contínuo) |  |
| Absorção (linha escura) |  |
| Emissão (linha brilhante) |  |
Um meio pelo qual um espectro contínuo pode ser produzido é por emissão térmica de um corpo negro. Isto é particularmente relevante em astronomia e é discutido na próxima seção. Os espectros astronómicos podem ser uma combinação de linhas de absorção e emissão num espectro de fundo contínuo. Exemplos específicos são discutidos em outra página.
Radiação do corpo negro
O que dá origem a um espectro contínuo? Imagine aquecer uma esfera sólida de aço com um maçarico. Quando você remove o maçarico você pode sentir o calor sendo irradiado novamente pela esfera. Aplicar a tocha novamente coloca mais energia dentro da esfera – ela fica mais quente. Com o tempo, começa a brilhar muito lentamente. À medida que continua a aquecê-la a esfera brilha primeiro vermelho, depois laranja, amarelo e depois branco quente. Se você for capaz de continuar aquecendo-a o suficiente, ela pode até brilhar azul quente. Esta esfera aproxima-se do que os físicos chamam de um corpo preto.
Um radiador de corpo preto é um objecto teórico que é totalmente absorvente para toda a energia térmica que cai sobre ele, assim não reflecte qualquer luz, pelo que aparece preto. Como absorve energia, aquece e irradia novamente a energia como radiação eletromagnética.
No mundo real alguns objectos aproximam-se do comportamento dos corpos negros. Estes devem ser fontes de energia térmica e devem ser suficientemente opacos para que a luz interaja com o material dentro da fonte. Exemplos de tais objetos incluem os filamentos de tungstênio de lâmpadas incandescentes e os núcleos de estrelas. O espectro contínuo produzido por um corpo preto é distinto e pode ser mostrado como um gráfico de intensidade de intensidade contra o comprimento de onda emitido. Este gráfico é chamado de curva do corpo negro ou curva de Planck, depois do físico alemão Max Planck que primeiro postulou que a radiação eletromagnética era quantificada. O gráfico abaixo mostra uma curva de Planck para um objeto com uma temperatura efetiva de 6.000 K, a mesma temperatura do Sol.
Se você olhar atentamente para a curva você notará que o objeto emite alguma radiação em cada comprimento de onda, inclusive nas bandas de onda ultravioleta e infravermelha. Você também deve notar que a quantidade de energia emitida não é a mesma para todos os comprimentos de onda e que, neste caso, o comprimento de onda de pico cai dentro da região de luz visível. Agora o que acontece se a temperatura da fonte do corpo negro for diferente? O gráfico abaixo mostra curvas de Planck para um objeto a quatro temperaturas diferentes de 6.000 K a 4.000 K. Note que o comprimento de onda aqui é expresso em unidades de Ångstroms. 1 Ångstrom = 0,1 nanômetros.
Como as curvas se comparam? Dois pontos-chave devem ser aparentes. Primeiro, um objecto mais quente emite mais energia em cada comprimento de onda do que um objecto mais frio. Segundo, quanto mais quente o objeto, mais curto o comprimento de onda do pico da curva. O objecto de 6.000 K atinge claramente os picos na parte visível do espectro, enquanto que o pico do objecto de 4.000 K delimita as regiões visível e infravermelha. Como já mencionado, as estrelas aproximam-se de objetos de corpo preto e podem variar em suas temperaturas efetivas de cerca de 2.000 K a cerca de 30.000 K. Se você tentar plotar a intensidade de duas estrelas com esses extremos em um gráfico como o acima, seria extremamente difícil mostrá-las na mesma escala linear. Se apenas quiséssemos comparar os comprimentos de onda de pico, podemos plotá-los usando uma saída de energia normalizada na qual o comprimento de onda de pico para cada uma corresponde a uma intensidade = 1,0. Isto é mostrado abaixo para seis diferentes temperaturas.
Vê-se claramente do gráfico que uma estrela de 10.000 K teria seu comprimento de onda de pico na parte ultravioleta do espectro em, enquanto uma estrela de 3.000 K emitiria a maior parte de sua radiação na parte infravermelha. Não só a forma da curva determina a intensidade relativa dos diferentes componentes do espectro contínuo produzido pela estrela, como também determina a cor da estrela. Uma estrela de 10.000 K aparece azul-branco enquanto uma estrela de 3.000 K aparece vermelha.
Produção de espectros de linha
Os espectros de linha aparecem em duas formas, espectros de absorção, mostrando linhas escuras sobre um fundo brilhante, e espectros de emissão com linhas brilhantes sobre um fundo escuro ou preto. Estes dois tipos estão de fato relacionados e surgem devido às interações mecânicas quânticas entre os átomos orbitantes dos elétrons e os fótons de luz. Os fótons de luz têm, cada um, uma frequência específica. A energia de um fotão é uma função da sua frequência e é determinada por:
E = hf onde f é a frequência do fotão, E é a energia e h é a constante de Planck (= 6,626 x 10-34J.s)