Radiação do corpo negro                FÍSICA  
EXPLORAÇÃO DE SIMULAÇÕES COMPUTACIONAIS

Para utilizar a simulação é necessária a instalação prévia do software JAVA.

Caso o software não esteja instalado, ao aceder à simulação, automaticamente, é pedida a sua instalação.

 

[1] Simulação da autoria de Davidson College, Carolina do Norte, Estados Unidos da América, disponível em 18/02/2014

 

 

Na simulação disponível podes definir a temperatura a que se encontra um determinado corpo, com características de corpo negro, e observar a curva da intensidade da radiação eletromagnética emitida, pelo corpo, nos diferentes comprimentos de onda do espetro eletromagnético.

 

Podes também interagir diretamente com a curva de intensidade de radiação emitida pelo corpo negro. Clicando num determinado local do gráfico, a curva de intensidade é ajustada automáticamente de forma que esse ponto corresponda ao comprimento de onda da radiação emitida com maior intensidade. Enquanto clicas, podes observar o valor do comprimento de onda que corresponde ao pico de intensidade da radiação emitida pelo corpo negro e a temperatura à qual esse corpo se encontra.

• Nota que o ajuste automático das escalas dos eixos deve estar desativado para perceberes melhor a relação entre a intensidade da radiação emitida por um corpo negro e a sua temperatura.
   

Na simulação podes também observar a cor que o corpo apresentará à temperatura selecionada.

 

Ao iniciares a exploração da simulação analisa-a atentamente. 

 

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Tendo isto em conta podes explorar a simulação seguindo as etapas sugeridas e aproveitando para dar resposta às questões que vão sendo apresentadas.

 

1 -  Observa que, ao clicares sobre o gráfico, são apresentados diferentes valores de temperatura e de “lambda max”.

• A que corresponde o valor associado a “lambda max”? 

 

2 -  Clica de novo sobre o gráfico e desloca o rato enquanto clicas. Os valores de “lambda max” e de temperatura variam de acordo com a posição do rato sobre o gráfico.

 

3 - Observa como variam os valores de “lambda max” e da temperatura e prevê que tipo de relação existe entre eles. Para uma melhor interpretação e análise dos dados que vais obter nos próximos passos, regista-os numa tabela como a exemplificada:

 

 

 

 

 

 

 

 

4 -  Explora a curva de intensidade da radiação emitida por um corpo negro e regista na tua tabela, 10 pares de valores de temperatura e de comprimento de onda da radiação emitida pelo corpo negro com maior intensidade. Esses valores serão usados para efetuar um tratamento gráfico para determinar a relação entre estas duas variáveis.

•   Os dados recolhidos devem ser valores de temperatura muito próximos? Ou devem ser valores distanciados? Justifica a tua resposta.

 

5 -  Usa agora o software Excel da Microsoft e copia a tabela com os valores registados para a folha de cálculo do software.

 

6 -  Para determinar a relação existente entre as duas variáveis vamos usar os valores registados nas suas respetivas unidades SI.

• Quais são as unidades de temperatura e de comprimento de onda apresentadas?

• Essas unidades são as unidades SI destas grandezas? Caso não sejam, apresenta o respetivo fator de conversão e converte-as na tabela da folha de cálculo.

 

7 -  A forma mais fácil de determinar a relação entre duas grandezas pelo método gráfico é encontrar uma relação linear entre as duas variáveis. Constrói um gráfico de dispersão colocando no eixo Y os valores de comprimento de onda registados e no eixo X os valores da temperatura.

• Verificas a existência de uma relação linear?

 

8 -  Da exploração inicial da simulação, verificaste que existe uma relação inversa entre a temperatura e o comprimento de onda da radiação emitida com maior intensidade pelo corpo negro. Adiciona agora uma coluna na folha de cálculo e regista aí o valor do inverso da temperatura (1/T). Constrói de novo um gráfico de dispersão onde no eixo Y estejam os valores de comprimento de onda e no eixo X os valores do inverso da temperatura.

• Verificas agora a existência de uma relação linear?

• Que tipo de relação existe entre o comprimento de onda da radiação emitida por um corpo negro com maior intensidade e a temperatura a que esse corpo se encontra?

 

9 -  Podem usar-se as funcionalidades da folha de cálculo para determinar a relação matemática entre as duas variáveis em estudo. Para isso basta adicionar uma linha de tendência dos valores experimentais e obter a sua equação.

• Clica com o botão direito do rato sobre um dos pontos do gráfico e seleciona a opção “Adicionar linha de tendência”.

• No menu que abre, seleciona o tipo de linha de tendência “linear” e seleciona a opção “Mostrar a equação no gráfico”.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10 -   A equação apresentada é uma equação do tipo y=m.x+b. Desprezando o fator b, que neste caso é um fator relacionado com os erros nas medições, apresenta a equação que relaciona o comprimento de onda da radiação emitida com maior intensidade pelo corpo negro com a temperatura a que esse corpo se encontra.

• A constante de proporcionalidade foi batizada de constante de dispersão de Wien em homenagem ao cientista Wilhelm Wien. Apresenta o valor dessa constante e as respetivas unidades.

• A Lei do deslocamento de Wien (muitas vezes referida simplesmente como Lei de Wien), é a lei física que relaciona o comprimento de onda da radiação emitida com maior intensidade pelo corpo negro e a temperatura a que esse corpo se encontra. Com base no gráfico efetuado, apresenta a equação matemática que traduzirá esta lei.