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Trabalho de fisica



Tema:

Transformação de energia no tubo de raio-x

Espectros de raio-x

Lei de Moseley

Espectros opticos

Niveis de energia do atomo de hidrogenio





Nomes: Nº

Cláucio dos Anjos Oliveira 17

Sarmento Herinques Nhacale 59 Pedro Martino Zibia 55

Cacilda abilio 18





Maputo, 1 de abril de 2010





Tubo de raios X



Um tubo de raios X (figura 5) é um conversor de energia. Recebe energia elétrica que converte em raios X e calor. É constituído pelo anodo e pelo catodo. O catodo, geralmente um filamento de tungstênio, é aquecido por um circuito apropriado, até atingir alta temperatura produzindo os elétrons que atingem o alvo (anodo) num ponto bem determinado, chamado de ponto focal. O tamanho do ponto focal oscila entre 1,3 e 1,5 cm para foco grosso e é menor que 1 cm para foco fino.



O anodo é um disco de metal, geralmente W (tungstênio) onde os eletrons incidem produzindo os raios X. O anodo converte energia elétrica em raios X (1%) e em calor (99%).



O material do anodo deve ter algumas características essenciais :



• Alto número atômico (alta eficiência na produção de raios X)

• Baixa taxa de evaporação (para evitar metalização do vidro da ampola)

• Alta resistência física quando aquecido

• Alto ponto de fusão

• Alta condutividade térmica (dissipação rápida de calor).

Espectros de raios X

Por intermédio da equação de Bragg, a determinação experimental do ângulo de difracção permite calcular, conhecendo o comprimento de onda, o valor da distância entre dois planos reticulares sucessivos. Se se tiver conhecimento do valor de d, a equação de Bragg dará o valor de e isso permitirá fazer o estudo dos espectros de raios X.

Para analisar um feixe de raios X que contenha radiações de diferentes frequências recorre-se a um cristal como rede de difracção, provocando a reflexão desse feixe nos planos reticulares paralelos à face do cristal exposta aos raios X.

Verifica-se assim que, de um modo geral, o feixe origina um espectro de riscas sobreposto a um espectro contínuo.

As riscas de um espectro de raios X apresentam-se distribuídas, ao longo do espectro contínuo, em séries que se designam pelos nomes de riscas K, riscas L, riscas M,..., e, em cada série, as riscas são designadas pelas mesmas letras com índices Em cada espectro, as riscas K são as que correspondem a raios X de maior frequência, ou seja, a raios X mais energéticos, mais duros.

Os elementos de baixo número atómico só originam a série de riscas K e, à medida que se utilizam anticátodos de elementos de número atómico crescente, vai-se tornando possível o aparecimento sucessivo das séries de riscas L, M, N,...

Para cada elemento, as respectivas séries de riscas não aparecem para o mesmo valor da tensão eléctrica estabelecida nos terminais do tubo de raios X. A série K é, de todas as séries, a que exige tensão mais elevada para ser emitida.

Interpreta-se o aparecimento dessas riscas admitindo que, quando os electrões emitidos pelo cátodo de um tubo de raios X chocam com o anticátodo, penetram nos átomos do elemento que o constitui, e alguns desses electrões, devido às elevadas velocidades que possuem, arrancam electrões dos níveis mais interiores.

A extracção de um electrão do nível K só é possível quando a energia, E, do electrão bombardeante (E = q.V) for suficiente para fazer subir aquele electrão para um nível mais elevado, geralmente ocupado parcialmente, ou para o afastar completamente do átomo. Após excitação, a lacuna do nível K pode preencher-se mediante a transição de um electrão de um estado de energia superior, de qualquer outro nível, com emissão de um fotão X, cuja energia é igual à diferença de energias do sistema atómico, antes e depois da transição do electrão, pelo que a sua frequência é dada por . Do grande número de átomos excitados, obtém-se a emissão de toda a série K.



Esquema de níveis de energia para a interpretação da formação de raios X característicos de um elemento:

transição de electrões para estados de níveis inferiores que tenham ficado vagos por deles terem sido desalojados electrões.



São possíveis todas as riscas de qualquer das séries quando o electrão bombardeante possuir a energia necessária para arrancar ao átomo um electrão do nível K.

Se o electrão bombardeante só possuir energia suficiente para arrancar um electrão do nível L, surgem apenas as séries L, M, N,..., correspondentes às transições energéticas de electrões de níveis superiores para os níveis inferiores deixados vagos.

Esta interpretação da emissão de raios X explica porque existe, para cada elemento, um valor mínimo da diferença de potencial, tensão eléctrica, necessária para a emissão de cada um dos espectros K, L, M, N,... Esse valor é determinado pela energia mínima necessária para arrancar um electrão do nível K, L, M, N,..., respectivamente.



Lei de Moseley

Moseley concluiu que as frequências correspondentes a uma mesma risca de uma determinada série, nos espectros dos vários elementos, estão relacionadas com os respectivos números atómicos, Z, sendo essa relação:



onde é uma constante de proporcionalidade e é outra constante de proporcionalidade que tem o mesmo valor para todas as riscas de uma dada série.



Relação entre as frequências das riscas espectrais das séries K e L dos raios X característicos dos vários elementos, e o número atómico, Z, desses elementos.





A lei de Moseley permite afirmar que:

A raíz quadrada da frequência das riscas espectrais dos raios X, no espectro de um elemento qualquer, é uma função linear simples do número atómico desse elemento.



A lei de Moseley fornece uma maneira de avaliar o número atómico.



Espectros ópticos



Quando você passar a radiação emitida por um corpo quente através de um prisma, divide-se em radiação electromagnética em diferentes dependendo de suas diferentes comprimentos de onda (cores diferentes da luz visível, infravermelho e ultravioleta, radiação), dando origem a um espectro óptico. Todas as radiações produzidas filme fotográfico impressionante e, portanto, podem ser gravadas.

Cada corpo quente emite um espectro diferente, porque isso depende da natureza do surto.

Os espectros podem ser de emissão e absorção. Por sua vez, ambos são classificados em contínuos e descontínuos



O espectro eletromagnético

–Emissão espectra: Estes são os obtidos pela decomposição da radiação emitida por um órgão previamente animado.

- Os espectros de emissão contínua são obtidos pela passagem da radiação de qualquer sólido incandescente através de um prisma. Todos os sólidos na mesma temperatura produziu o mesmo espectro de emissão.





- O espectro de emissão discreto são obtidos pela passagem do gás ou vapor luz animado. A radiação emitida é característica dos átomos animado.



- Espectros de absorção: Estes são os espectros resultantes de uma dada substância intercalar entre uma fonte de luz e um prisma

- O espectro de absorção contínua são obtidos através da inserção do sólido entre a fonte de radiação e do prisma. Por exemplo, se inserir um vidro azul em todas as radiações são absorvidas menos azul.

- O espectro de absorção são produzidas através da inserção de vapor ou gás descontínuo entre a fonte de radiação e do prisma. Há bandas ou listras localizadas no mesmo comprimento de onda do espectro de emissão desses gases ou gases.





Niveis de energia nos atomos de raio-x



Os elétrons, numa região em torno do núcleo de um átomo, orbitam em espaços com quantidades de energia características denominadas níveis eletrônicos, camadas eletrônicas ou camadas de electrões. Uma camada eletrônica é constituida por um grupo de orbitais atômicos com o mesmo valor de número quântico principal n.

A existência de camadas eletrônicas foi observada pela primeira vez experimentalmente nos estudos de absorção de raio-x de Charles Barkla e Henry Moseley. Barkla nomeou-os então com as letras K, L, M, etc. (A terminologia original era alfabética. K e L eram originalmente chamados B e A, mas foram renomeados posteriormente para deixar espaço para linhas escpectrais hipotéticas que nunca foram descobertas. O nome do nível K foi escolhido em homenagem a Lord Kelvin, o criador da escala Kelvin de temperatura).

Em 1913, Niels Bohr (1885-1962), fundamentado na teoria quântica da radiação formulada por Max Planck em 1900, propôs que os elétrons, em torno do núcleo atômico, giram em órbitas estacionárias denominadas de "níveis de energia", "camadas eletrônicas" (camadas de electrões). Nestes níveis energéticos os elétrons não emitem e não absorvem energia. Se receberem energia, na forma de luz ou calor, se afastam para níveis mais externos e, ao retornarem, emitem esta mesma quantidade de energia. Segundo a teoria quântica a energia envolvida na transição de um nível para outra é quantizada, ou seja, ocorre em "pacotes" inteiros, não divisíveis, denominados "quanta" ("quantum", no singular ).

Para os átomos conhecidos atualmente, os elétrons ocupam 7 níveis de energia (camadas de elétrons), representados por letras maiúsculas: K, L, M, N, O, P e Q , e identificados através de "números quânticos", denominados "principais" ou "primários", que são, respectivamente: 1, 2, 3, 4, 5, 6 e 7. A quantidade de elétrons que o átomo de número atômico 112 apresenta ocupando cada nível são, respectivamente: 2, 8, 18, 32, 32, 18 e 2. O átomo 118 possivelmente apresentará a mesma configuração eletrônica, apenas distribuindo 8 elétrons no nível Q.