Espectro Electromagnético

Chama-se espectro electromagnético ao conjunto das várias radiações electromagnéticas.

Analisando o espectro magnético pode-se verificar que quanto maior for a frequência da radiação, maior é a energia que lhe está associada. No espectro magnético, estão representadas as várias radiações por ordem crescente de energia (da esquerda para a direita).

A Cor e a Luz

Um corpo absorve, reflecte ou transmite determinadas radiações, entre aquelas que recebe. Assim, a cor que um corpo recebe depende do tipo de radiação que sobre ele incide e da sua natureza.

Cores Primárias da Luz

• Vermelho;
• Verde;
• Azul.

Cores Secundárias da Luz

• Amarelo (Vermelho+Verde);
• Magenta (Vermelho+Azul);
• Ciano (Azul+Verde).

Espectro da Luz Branca

O espectro da luz branca ou espectro da luz visível é um feixe de luz branca (policromática) que é constituído pelas cores do arco-íris.

Dispersão da Luz Branca

Quando a luz branca passa do ar para o interior de um corpo transparente, esta refrata-se e cada uma das suas radiações propaga-se a velocidades diferentes no interior do material e depois cada radiação refracta-se novamente, mas num ângulo diferente separando-se uma das outras.

Formação do Arco-Íris
O arco-íris forma-se quando a luz do Sol incide numa gota de água, refracta-se e muda de direcção no seu interior.
Dentro da gota de água cada radiação vai se propagar a uma velocidade diferente (dispersão), sofrer uma reflexão e outra vez uma refracção (quando sai da gota de água).

Lentes e Defeitos de Visão

Lentes
As lentes são corpos transparentes, geralmente de vidro ou de plástico tratado, limitados por uma ou duas superfícies curvas.

Existem dois tipos de lentes:

• Divergentes(servem para corrigir a miopia): imagem virtual, direita e menor que o objecto ;
• Convergentes(servem para corrigir a hipermetropia):  - se estiver longe: imagem real, invertida e menor do que o objecto ;

- se estiver a uma distância média: imagem real, invertida e maior do que o objecto;

- se estiver perto: imagem virtual, direita e maior do que o objecto.

Defeitos da Visão e a sua correção
Miopia
Na miopia, a imagem dos objectos distantes é focada à frente da retina e não sobre ela. A miopia é consequência de um globo ocular demasiado longo ou de um cristalino demasiado convergente. A miopia corrige-se com lentes divergentes.

Hipermetropia
Na hipermetropia, a focagem da imagem dos objectos é feita atrás da retina, devido a uma deficiência no globo ocular ou devido a um cristalino pouco convergente. A hipermetropia corrige-se com lentes convergentes.

Astigmatismo
O astigmatismo está associado a uma curvatura irregular da córnea. A forma da córnea é mais ovolada. Este desajuste faz com que a luz se refracte em vários pontos da retina em vez de se focar em apenas num, originando uma focagem deficiente.

Presbiopia
A presbiopia, ou vista cansada, surge quando a cristalino perde a capacidade de focar os objectos devido à rigidez dos múscculos. Manifesta-se na dificuldade em realizar tarefas que exijam uma visão próxima.

Reflexão Total

Quando a luz passa de um meio no qual a velocidade é menor para um meio cuja velocidade é maior, o raio refractado afasta-se da normal. Como consequência, há um ângulo de incidência - ângulo limite ou ângulo crítico - para qual o ângulo de refracção é 90 graus. Assim, se o ângulo de incidência for superior ao ângulo limite, deixa de haver refracção e toda a luz que incide na superfície de separação é reflectida.

O valor do ângulo crítico depende dos meios ópticos em causa. As fibras ópticas são um exemplo de reflexão total

Refracção da Luz

A refracção da luz ocorre quando a luz passa de um meio óptico para outro, onde a velocidade de propagação é diferente, e sofre mudança de direcção.

Verifica-se que:

• o raio refractado aproxima-se da normal quando a velocidade no segundo meio é inferior à velocidade no primeiro meio, caso contrário, afasta-se da normal;
• não há mudança de direcção quando o ângulo de incidência é de 0 graus, ou seja, quando o raio incide perpendicularmente à superfície de separação dos meios.

Em simultâneo com a refracção, pode ocorrer reflexão na superfície de separação dos meios.

Espelhos

Os espelhos são superfícies polidas que reflectem regularmente a luz e, por isso permitem obter imagens nítidas dos objectos. Existem espelhos com superficies planas e curvas.

Existem diferentes tipos de espelhos:

• Espelhos Planos: imagem direita, forma-se à mesma distância, são virtuais e lateralmente invertidas.
• Espelhos Convexos: imagem imagem direita, menor do que o objecto e virtual;
• Espelhos Côncavos: - se estiver longe: real, invertida e menor que o objecto;

- se estiver a uma distância média: real, invertida e maior do que o objecto;

- se estiver perto: real, invertida e maior do que o objecto.

Reflexão da Luz

A reflexão da luz é a mudança de direcção ou de sentido que ocorre quando os raios luminosos incidem em certas superfícies, continuando a luz a propagar-se no mesmo meio (meio óptico).

Existem dois tipos de reflexão da luz:
- Reflexão Regular ou Reflexão: quando a reflexão ocorre numa superfície polida (os raios são desviados paralelamente e na mesma direcção.

- Reflexão difusa ou difusão da luz: quando a reflexão ocorre numa superfície rugosa (os raios são desviados em direcções diferentes).

Leis da Reflexão da Luz

• o raio incidente, o raio reflectido e a normal estão no mesmo plano;
• os ângulos de incidência e de reflexão são iguais (têm a mesma amplitude).

- Raio Incidente ( r_i ) - Raio luminoso que incide sobre a superfície;

- Raio Reflectido ( r_r ) - Raio luminoso que é reflectido pela superfície;

- Normal ( n ) - Linha imaginária que é perpendicular à superfície no ponto de incidência;

- Ângulo de Incidência ( î ) - Ângulo definido pela normal e pelo raio incidente;

- Ângulo de Reflexão ( ^r ) - Ângulo definido pela normal e pelo raio reflectido.

Luz

A luz é uma onda electromagnética e transversal. Esta propaga-se em linha reta e radialmente em todas as direcções.

Classificação dos feixes luminosos quanto ao modo de propagação

Classificação dos materiais quanto ao modo como são atravessados pela luz

Opacos: a luz não atravessa o material e não se vê através da parede.










Translúcido: a luz atravessa parcialmente o material e vê-se com pouca  nitidez através do material.








Transparente: a luz atravessa o material e vê-se nitidamente através do material.




Triângulo de Visão
Para se ver um objeto implica a existência de três aspectos fundamentais que constituem o triângulo de visão: o objecto, uma fonte luminosa que ilumine o objecto e um detector de luz (por exemplo, os olhos de uma pessoa).

Som

O som é uma manifestação de energia (sonora) que se produz através da vibração dos corpos e propaga-se através de ondas sonoras. As ondas sonoras, são ondas mecânicas, longitudinais e de pressão (compressão e rarefacção). Tmbém tem a capacidade de contornar obstáculos.

Propriedades do Som
Altura do Som - é a propriedade do som que permite classificar os sons em agudos (altos ou finos) e graves (baixos ou grossos). A altura de um som depende da frequência da onda sonora.
Maior Altura <--> Maior Frequência

Intensidade do Som - é a propriedade que permite classificar os sons em fortes ou fracos. Está relacionada com a amplitude da onda sonora.
Maior Intensidade <--> Maior Amplitude

Timbre - é a propriedade que permite distinguir sons com a mesma intensidade e altura, mas provenientes de fontes sonoras diferentes.

Propagação do Som
Como sabem, a onda é uma onda mecânica, pelo que necessita de um meio material para se propagar. A velocidade de propagação do som difere consoante o meio de propagação do som.

Vsom sólido>Vsom líquido>Vsom gasoso

No entanto, a velocidade de propagação do som não depende apenas do estado físico do meio, mas também de outros factores como a densidade, a elasticidade e a temperatura  dos materiais.

Velocidade de Propagação
O valor da velocidade de propagação do som (v) em qualquer meio pode ser obtido pelo quociente entre a distância (d) eo intervalo de tempo (Δt) que o som demora a percorrer essa distância.

Reflexão do Som
A reflexão é um fenómeno do som que ocorre quando a onda é obrigada a mudar de direcção, ao encontrar um obstáculo (superfície refletota - lisa e dura). Para se distinguir o som reflectido do original é necessário um intervalo de tempo de 0,1 segundos.

Existem dois tipos de reflexão do som:
Eco: consiste em ouvir a repetição de um som que foi produzido distantes antes, pelo que a superfície reflectora tem de estar a uma distância mínima de 17 metros da fonte emissora.

Reverberação: consiste em ouvir um prolongamento do som original e os sons parecem durar mais tempo no nosso ouvido do que seria normal. Este fenómeno acontece quando a superfície refletora está a menos de 17 metros da fonte emissora.

Expectro Sonoro
O conjunto de todas as frequências possíveis para as ondas sonoras é denominado espectro sonoro.

Nível Sonoro
O ouvido humano não consegue distinguir sons de intensidades muito próximas ou muito fracos. Para isso estabeleceu-se uma escala comparativa para avaliar a intensidade dos sons. A unidade utilizada para medir o nível sonoro é o decibel (dB) e o aparelho é o sanómetro.

Fig. 1 - Anómetro

Audiogramas
Os audiogramas são gráficos onde se representa o limite da audiabilidade em função da frequência e do nível da intensidade sonora.

Fig.2 - Audiograma

Ondas

Uma onda é a propagação de uma perturbação num meio material ou não. Uma onda transporta energia e não matéria.

Classificação de Ondas
Quanto à sua natureza:
- Ondas Mecânicas: são ondas que se propagam num meio material.

Ex: Ondas do Mar, Ondas Sonoras, Ondas Sísmicas.

- Ondas Electromagnéticas: são as ondas que não precisam de um meio material para se propagarem, propagam-se no vazio (ou no vácuo).

Ex: Ondas Luminosas, Ondas Rádio, Ondas Ultra-Violetas.


Quanto à direcção da perturbação:
- Ondas Longitudinais: ondas em que a direcção da perturbação é igual à da propagação da onda.
Ex: Ondas Sonoras.
- Ondas Transversais: ondas em que a direcção da perturbação é perpendicular à direcção da propagação da onda.
Ex: Ondas Sísmicas.

Quanto à sua repetição no espaço e ao longo do tempo:
- Onda Não Periódica: as suas características não se repetem no espaço nem ao longo do tempo.
- Onda Periódica: as suas características repetem-se no espaço e ao longo do tempo.

Características de uma onda periódica:

Fig. 1  - Características de uma Onda Periódica

- a elongação é a diferença de posição entre qualquer ponto e o equilíbrio;
- o comprimento de onda (λ) é a distância mínima entre dois pontos que se encontram na mesma fase. A unidade do Sistema Internacional é o metro (m);
- a amplitude (A) corresponde à distância máxima da elongação e exprime-se em metro (unidade de base do Sistema Internacional);
- a frequência da onda (f) corresponde ao número de ciclos (oscilações) que se completam em cada segundo. No sistema internacional de unidades a frequência é expressa em vibrações, ciclos por segundo ou hertz (Hz);
- o período (T) é o intervalo de tempo necessário para se completar um ciclo. O segundo (s) é a unidade do Sistema Internacional para esta grandeza.

A temperatura e o calor

Temperatura
É uma propriedade do corpo, uma grandeza física que se relaciona com o grau da agitação das partículas, ou seja, com a energia cinética média das partículas;
maior agitação ---» maior energia cinética ---» maior temperatura
menor agitação ---» maior energia cinética ---» menor temperatura
- Mede-se com termómetros;
- A unidade do sistema internacional (SI) é o Kelvin (K), mas são mais utilizado os graus Celsius (ºC) ou os graus Fahrenheit (ºF).

Calor
Não é uma propriedade do corpo, é uma grandeza física e é energia em movimento (transferência de energia térmica entre corpos a diferentes temperaturas);
- Pode ser calculado;
- A unidade do sistema internacional (SI) é o Joule (J).

Fig. 1 - Exemplo de Condução térmica

Mecanismos de energia sob a forma de calor:
- Condução térmica (fig.1):
                   - nos sólidos;
                   - há transferência de energia térmica;
                   - não há transporte da matéria;
- Convecção (vídeo):
                    - nos líquidos e nos gases;
                    - há transferência de energia térmica;
                    - há transporte da matéria;

A Energia

A energia pode-se associar a materiais como a gasolina, que permite que um automóvel se movimente, ou os alimentos, pois possibilitam-nos andar, falar, correr, dançar e trabalhar.
Também se associa energia a situações como o movimento de máquinas ou seres vivos.
A energia pode identificar-se como uma medida da capacidade para realizar trabalho. Sabe-se que sem energia qualquer actividade é impossível, embora não seja a causadora das actividades.
A energia transfere-se entre corpos: a gasolina transfere energia para o automóvel, os alimentos transferem energia para as pessoas e assim sucessivamente.

Como podemos reparar no vídeo (lado direito), o halterofilista quando levanta o halter, exerce força para o movimentar e transfere energia para o halter.

Se na altura quando o halterofilista tivesse a exercer força sobre o halter e este não se movesse, então, não estaria a haver transferência de energia, uma vez que o halter se mantinha na mesma posição.







Fontes de Energia
Fonte                                          Designação                              Classificação
Sol                                          Energia Solar                              Renovável e primária
Vento                                      Energia Eólica                             Renovável e primária
Água do Mar                           Energia das Ondas                      Renovável e primária
Água dos Rios                         Energia Hídrica                            Renovável e primária
Calor Interno da Terra             Energia Geotérmica                      Renovável e primária

Fig. 1 - Combustível Fóssil - Carvão

Combustíveis Fósseis-»Energia dos combustíveis fósseis-»Não renovável e secundária
Exs: petróleo, gás natural e carvão.

Derivados do Petróleo-»Energia dos combustíveis-»Não renovável e secundária
Exs: gasolina, gasóleo, fuelóleo, guerosene (líquidos); propano e botano (gases).

Biomassa-»Energia da biomassa-»Renovável e primária

Fig. 2  - Combustível nuclear - Urânio

Exs: árvores ou restos florestais, resíduos orgânicos.

Biogás-»Energia do biogás-»Renovável e primária
Ex: metano.

Combustíveis nucleares-»Energia nuclear-»Não renovável e primária
Exs: urânio, plutónio.

Uma fonte de energia primária são os recursos naturais que podem ser utilizados como fontes de energia.
Uma fonte de energia secundária é uma fonte de energia que é obtida através de uma fonte de energia primária.
Uma fonte não-renovável de energia é limitada, ou seja, demoram centenas de milhares de anos a formar-se e esgotam-se à medida que vão sendo utilizadas.
Uma fonte renovável de energia pode ser utilizada de uma forma ilimitada pois, estão em constante renovação.

Fig. 3 - O Raio-X é um exemplo de Energia radiante

Manifestações de Energia
Deteta-se a energia através das suas manifestações:
- Som (Energia sonora);
- Aquecimento dos corpos (Energia térmica);
- Luz (Energia luminosa);
- Radiações (Energia radiante);
- Corrente elétrica (Energia elétrica);
- Conteúdo energético das substâncias (Energia química);
- Movimento (Energia mecânica).

Duas formas fundamentais da energia:
Energia potencial - energia armazenada nos corpos e que pode vir a ser utilizada;
                           - Energia potencial química: alimentos, combustíveis, pilhas e baterias;
                           - Energia potencial elástica: materiais elásticos e molas;
                           - Energia potencial gravítica (Epg): todos os corpos, mesmo em repouso, possuem Epg.
 maior altura (h) -» maior Epg (para a mesma massa) e menor altura(h)-»menor Epg [= massa do corpo(m)]

                                                          Epg = 10 x m x h

Energia cinética (Ec) - energia associada ao movimento dos corpos.

                                                             Ec = 1/2 x m x v x v                                                        

m = massa do corpo (Kg)
v = velocidade do corpo  (m/s)
Unidade de energia: joule (J)
                       

Fig. 3 - Pêndulo

Na figura ao lado está representado um pêndulo. Nos pontos 2 e 5 a altura é máxima (hmáx), no ponto 1 a altura é 0. Desta forma a energia potencial gravítica nos pontos 2 e 5 é máxima e no ponto 1 a energia potencial gravítica é mínima.
Se a sequência começa-se no ponto 2 (ainda sem movimento) a energia cinética nesse ponto seria 0. Se puséssemos a bola a andar, a energia cinética começaria a aumentar à medida que a bola se aproximava da altura mínima (0 = ponto 1) e quando começa-se a subir de novo a energia cinética começaria a baixar.
À medida que a bola se aproximava da altura mínima, a Epg ia diminuindo e ao subir a Epg começaria a aumentar.
Assim podemos afirmar que a Epg transforma-se em Ec e vice-versa.



Lei da conservação da energia
- A energia não se cria nem se destrói;
- A energia transfere-se e transforma-se.

Sistema: Objeto em estudo
Ex: lanterna.

Fonte de energia  ------------------------------» Recetor de energia 
          pilha                                                                     lâmpada
(fornece energia)                                                        (recebe energia)

Pilha ---------------------» Fios elétricos -------------------------------» Lâmpada
  !                                                    !
Energia potencial química--» Energia elétrica ----» Energia luminosa - Energia útil (energia utilizada)

                                                                          Energia térmica - Energia dissipada ( energia não                          utilizada)

Como influenciar a velocidade de uma reação química

A velocidade de uma reação química depende da natureza dos reagentes e das condições em que efetuada. Os fatores que influenciam a velocidade de uma reação química são os seguintes:

- a concentração dos reagentes;
- o estado de divisão dos reagentes sólidos;
- a temperatura do sistema reaccional;
- a luz;
- a presença de catalizadores.


Concentração dos reagentes

Fig. 1 - Solução concentrada de tiossulfato de sódio e ácido clorídrico

A concentração é uma forma de expressar a quantidade de soluto que está dissolvido num determinado volume de solvente, por exemplo, hoje em dia há a tendência para utilizar detergentes líquidos mais concentrados, pois tornam as limpezas mais eficazes, uma vez que as reações em que participam são mais rápidas. Como exemplo, quando se põe o ácido clorídico e o tiossulfato de sódio, precipita enxofre, que turva a solução.
Se tivermos duas soluções de diferentes concentrações de tiossulfato de sódio em dois golebés. Se adicionarmos o mesmo volume de ácido clorídico com a mesma concentração a cada um deles, pode-se observar a influência da concentração na velocidade da reação, desta forma a velocidade da reação é maior na solução que apresenta o tiossulfato mais concentrado.
De um modo geral, quanto maior for a concentração dos reagentes, maior é a velocidade de reação, isto é: maior concentração -» maior nº de partículas -» maior probabilidade de ocorrerem choques eficazes.


Estado de divisão dos reagentes sólidos

Fig. 2 -  Madeira serrada

A velocidade da reação química também pode ser influenciada através da superfície de contacto dos reagentes sólidos ou o estado de divisão dos reagentes sólidos.
Desta forma, quanto mais dividido se encontra um reagente sólido, maior é a sua superfície de contacto com o exterior e mais facilmente reage.
Numa serração existe perigo de explosão porque a combustão da serradura é muito mais rápida do que a combustão da mesma quantidade de madeira num bloco compacto.
Assim, quanto maior é o estado de divisão dos reagentes sólidos (maior superfície de contacto), maior é a velocidade de reação, isto é: maior estado de divisão -» maior superfície de contacto -» maior nº de partículas disponíveis para a reação -» maior probabilidade de ocorrerem choques eficazes.


Temperatura
A temperatura também é importante para a velocidade das reações químicas.

Fig. 3 - Deterioração do tomate

Um exemplo é que, em certos alimentos, como o leite, os iogurtes, dos legumes ou o fiambre, deterioram-se rapidamente se não são colocados no frigorífico, ou seja, deterioram-se rapidamente na presença de temperaturas mais elevadas.
Assim pode-se concluir que as reações químicas que conduzem à deterioração destes alimentos são mais lentas quando a temperatura é mais baixa.
Desta forma, quanto maior for a temperatura a que ocorre a reação química, maior a velocidade de reação, isto é: maior temperatura -» reações químicas mais rápidas.
Também existem reações químicas que não ocorrem a baixas temperaturas, como por exemplo, a formação de água a partir de hidrogénio e de oxigénio no estado gasoso.


Luz
Existem situações e que não é necessária a presença de luz para que ocorra a reação, mas que permite aumentar a velocidade. Como exemplo, a deterioração de óleos alimentares é mais rápida na presença de luz mas outros, como por exemplo os medicamentos e algumas substâncias químcas usadas em laboratórios são guardadas em locais escuros para evitar a sua decomposição por ação da luz.
Assim, a luz permite aumentar a velocidade de algumas reações químicas, ou seja: presença de luz -» mais rápida a reação química.
Um outro exemplo é quando o jornal se torna amarelado por acção da luz intensa, como a solar.


Presença de catalisadores
O que é um catalisador?
Os catalisadores são substâncias que interferem na velocidade de uma reação química, não se consomindo, podendo ser um catalisador positivo ou negativo.

Fig. 4 - Libertação de oxigénio numa planta verde

Um catalisador positivo ou catalisador acelera a reação química sem ser consumido enquanto que um catalisador negativo ou inibidor retarda a reação química e não é consumido.
Os catalisadores são específicos, ou seja, não actuam em qualquer reação química.Como exemplo, a clorofila é o catalisador da reação da fotossíntese, mas não catalisa outras reações químicas.