evolução do modelo atómico

 Nem sempre o Homem pensou que o átomo é como o conheces atualmente. Foi uma ideia que evoluiu ao longo dos anos. Apesar do 1º modelo atómico ter sido apresentado já no séc. XIX, a ideia de que a matéria é feita de pequenos corpúsculos surgiu há muito, muito tempo.
 No século V a.C., o filósofo grego Leucipo e seu discípulo Demócrito imaginaram a matéria como sendo constituída por pequenas partículas indivisíveis - os átomos, como lhes chamaram. Concluiram que a matéria não poderia ser infinitamente divisível. Se a partíssemos variadas vezes, chegaríamos a uma partícula muito pequena, indivisível e impenetrável a que se denominou átomo.

Esta é uma palavra de origem grega que deriva de "a + thomos" , que significa "sem divisão".

   Esta ideia de que os átomos seriam pequenas partículas indivisíveis perdurou durante mais de vinte séculos !

   
 

Modelo atómico de Dalton


   John Dalton, no séc. XIX (a partir de 1803), retomou a ideia dos átomos como constituintes básicos da matéria. Para ele os átomos seriam partículas pequenas, indivisíveis e indestrutíveis. Cada elemento químico seria constituído por um tipo de átomos iguais entre si. Quando combinados, os átomos dos vários elementos formariam compostos novos.
Assim, na sequência dos seus trabalhos, concluiu que:
Os átomos que pertencem a elementos químicos diferentes, apresentam massas diferentes, assim como propriedades químicas diferentes.
Os compostos são associações de átomos de elementos químicos diferentes.
As reações químicas podem ser explicadas com base no rearranjo dos átomos, de acordo com a lei de Lavoisier.



Modelo atómico de Thomson ou
Modelo do pudim de passas


   Em 1897, Thomson descobriu partículas negativas muito mais pequenas que os átomos, os eletrões, provando assim que os átomos não eram indivisíveis.
Formulou a teoria de que os átomos seriam uma esfera com carga elétrica positiva onde estariam dispersos os eletrões suficientes para que a carga total do átomo fosse nula.



Modelo atómico de Rutherford

Mais tarde Rutherford demonstrou que a maior parte do átomo era espaço vazio, estando a carga positiva localizada no núcleo (ponto central do átomo), tendo este a maior parte da massa do átomo. Os eletrões estariam a girar em torno do núcleo.

Rutherford também descobriu a existência dos protões, as partículas com carga positiva que se encontram no núcleo.

Este Modelo não explicava porque é que os eletrões não caem no núcleo, devido à atração que apresentam pelas cargas positivas aí existentes.


Modelo atómico de Bohr

   Bohr apresentou alterações ao modelo de Rutherford: os eletrões só podem ocupar níveis de energia bem definidos, e os eletrões giram em torno do núcleo em órbitas com energias diferentes. As órbitas interiores apresentam energia mais baixa e à medida que se encontram mais afastadas do núcleo o valor da sua energia é maior. Quando um eletrão recebe energia suficiente passa a ocupar uma órbita mais externa (com maior energia) ficando o átomo num estado excitado. Se um eletrão passar de uma órbita para uma outra mais interior liberta energia.
Os eletrões tendem a ter a menor energia possível - estado fundamental do átomo.



Modelo da nuvem eletrónica

No núcleo (centro) do átomo estão os protões e os neutrões, enquanto que os eletrões giram em seu redor. Na figura ao lado está representada a nuvem eletrónica de um átomo. Esta nuvem representa a probabilidade de encontrar os eletrões num determinado local do espaço.

Os eletrões de um átomo ocupam determinados níveis de energia (o número de eletrões em cada nível de energia é expresso pela distribuição eletrónica).

Os principais cientistas responsáveis por esta proposta foram Heisenberg, Schrödinger e Dirac. No entanto houve também outras contribuições importantes que permitiram que chegássemos ao modelo que hoje consideramos como válido.

Espetro eletromagnético

O espectro (ou espetro) eletromagnético é o intervalo completo de todas as possíveis frequências da radiação eletromagnética. O Espectro Eletromagnético se estende desde frequências abaixo das frequências de baixa frequência até a radiação gama.

O Espectro eletromagnético é muito usado em ciências como a Física e a Química, através da espectroscopia é possível estudar e caracterizar materiais

Ondas eletromagnéticas são normalmente descritas por qualquer uma das seguintes propriedades físicas: frequência (ƒ), comprimento de onda (λ), ou por energia de foton (E). O comprimento de onda é inversamente proporcional a frequência da onda, a qual representa o números de períodos existentes na unidade de tempo.2 Desta forma, raios gama tem comprimentos do tamanho de frações do tamanho de um átomo, enquanto o comprimento de ondas no extremo oposto do espectro podem ser tão grandes quanto o universo. A energia de um foton é diretamente proporcional à frequência de onda, portanto os raios gama possuem a maior energia, enquanto ondas de rádio possuem energias extremamente baixas.

A reflexão e a refração da luz são fenómenos ópticos relacionados com a forma como a luz se propaga. Quando a luz incide sobre uma superfície, ela pode ser refletida e refratada.

Observe a figura:

O raio de luz ao incidir sobre uma superfície tem uma parte refletida e outra refratada

Podemos observar na figura que a luz incide sobre uma superfície de separação entre dois meios com um ângulo de incidência i. Uma parte dela atravessa a superfície e passa de um meio para outro, ou seja, é refratada com um ângulo de refração r, e a outra parte retorna ao meio de origem.

Quando a superfície é polida, como no caso dos espelhos, a luz é totalmente refletida, ou seja, retorna ao meio de origem. A reflexão da luz pode ser classificada de duas formas:

• Reflexão regular: se os raios de luz incidirem sobre uma superfície totalmente polida e forem refletidos todos na mesma direção e paralelos entre si, conforme mostra a figura abaixo:

Os raios de luz incidem sobre uma superfície polida e são refletidos na mesma direção

• Reflexão difusa: ocorre quando os raios de luz incidem sobre uma superfície irregular e são refletidos em várias direções distintas, como mostra a figura:

Os raios de luz incidem sobre uma superfície irregular e refletem em direções distintas

Existem duas Leis para a reflexão da luz:

• O ângulo de incidência é sempre igual ao ângulo de reflexão, αi = αr;
• O raio incidente, o raio refletido e a reta normal à superfície de separação pertencem a um só plano.
  Veja na figura abaixo como estão:

De acordo com as Leis da reflexão, os raios incidente e refletido possuem o mesmo ângulo com a normal à superfície

A refração da luz consiste na mudança da velocidade da luz ao passar de um meio para o outro. É em virtude desse fenómeno que um objeto colocado dentro de um copo aparenta estar torto ou que uma piscina parece ser mais rasa do que realmente é.

Quando os raios de luz passam de um meio para o outro, ocorre mudança na direção e velocidade de propagação

A intensidade da refração dependerá da variação sofrida pela velocidade ao passar de um meio para outro. Para caracterizar os meios materiais, existe o índice de refração, representado pela letra “n”, sendo calculado da seguinte forma:

n = c
      v

Sendo que:

c – velocidade da luz no vácuo;

v – velocidade da luz no meio material;

n – índice de refração.

A lei básica da refração da luz, que também pode ser denominada lei de Snell, tem o seguinte enunciado:

Quando a luz passa de um meio, cujo índice de refração é n1, para outro meio, que tem índice de refração n2, temos:

n1 . Senθ₁ = n2 . Sen θ₂

Sendo que θ₁ é o ângulo de incidência, e θ₂, o ângulo de reflexão.

dispersão das cores

A dispersão na óptica é o fenómeno que causa a separação de uma onda em várias componentes espectrais com diferentes frequências, por causa da dependência da velocidade da onda com sua frequência, ao se mudar a densidade do meio, ondas de diferentes frequências irão tomar diversos ângulos na refracção. Há dois tipos de fonte de dispersão material (influenciada pela densidade do meio) e por dispersão no guia de ondas, que por causa das soluções do modo transverso para ondas confinadas lateralmente em um guia de ondas finito, normalmente dependendo da frequência das ondas (tamanho relativo da onda, do comprimento de onda e do guia de ondas). Dispersão material em ondas electromagnéticas, a velocidade da fase de uma onda é dada pelo meio onde:

Onde:c é a velocidade da luz no vácuo e n é o índice de refração do meio.

Em geral, o índice de refracção é uma função da frequência, ou alternativamente, com respeito ao comprimento de onda. O comprimento de onda depende do índice de refração do material de acordo com a fórmula. O efeito mais frequentemente visto da dispersão é a separação da luz branca no espectro de luz por um prisma. Como um prisma é mais denso que o ambiente, para cada frequência há um ângulo de refração diferente, como a cor branca é uma composição de todas as cores, ou a sobreposição de várias ondas de diferentes frequências, se dá a dispersão separando cada uma dessas frequência por um ângulo de refração diferente. Para a luz visível, e para a maioria das matérias transparentes temos: 1 <n (λ Vermelho) <n (λ Amarelo) <n (λ Azul), ou alternativamente, que significa que o índice de refração n decai conforme se aumenta o comprimento de onda λ. 

Olho humano e lentes

O olho humano é o órgão responsável pela visão no ser humano. Tem diâmetro antero-posterior de aproximadamente 24,15 milímetros, diâmetros horizontal e vertical ao nível do equador de aproximadamente 23,48 milímetros, circunferência ao equador de 75 milímetros, pesa 7,5 gramas e tem volume de 6,5 cm³.

O globo ocular recebe este nome por ter a forma de um globo, que por sua vez fica acondicionado dentro de uma cavidade óssea e protegido pelas pálpebras. Possui em seu exterior seis músculos que são responsáveis pelos movimentos oculares, e também três camadas concêntricas aderidas entre si com a função de visão, nutrição e proteção. A camada externa é constituída pela córnea e aesclera e serve para proteção. A camada média ou vascular é formada pela íris, a coróide, o cório ou uvea, e o corpo ciliar. A camada interna é constituída pela retina que é a parte nervosa.

Existe ainda o humor aquoso que é um líquido incolor e que existe entre a córnea e o cristalino. O humor vítreo é uma substância gelatinosa que preenche todo o espaço interno do globo ocular também entre a córnea e o cristalino. Tudo isso funciona para manter a forma esférica do olho.

O cristalino é uma espécie de lente que fica dentro de nossos olhos. Está situado atrás da pupila e orienta a passagem da luz até a retina. A retina é composta de células nervosas que levam a imagem através do nervo óptico para que o cérebro as interprete.

Não importa se o cristalino fica mais delgado ou espesso, estas mudanças ocorrem de modo a desviar a passagem dos raios luminosos na direção da mancha amarela. À medida que os objetos ficam mais próximos o cristalino fica mais espesso, e para objetos a distância fica mais delgado a isso chamamos de acomodação visual.

O olho ainda representa, as pálpebras, as sobrancelhas, as glândulas lacrimais, os cílios e os músculos oculares. A função dos cílios ou pestanas é impedir a entrada de poeira e o excesso da luz. As sobrancelhas também têm a função de não permitir que o suor da testa entre em contato com os olhos.

Lente é um elemento que atua por refração, introduzindo descontinuidades no meio em que a luz se propaga inicialmente, e que reconfigura a distribuição da energia transmitida, independente da frequência da luz, isto é, tanto no ultravioleta como no domínio óptico, infravermelho, micro-ondas, ondas, rádio ou mesmo ondas acústicas. A forma da lente irá depender do tipo de reformatação da onda luminosa que se deseja.

Existem 6 tipos de lentes delgadas compatíveis com essa definição: a)biconvexa; b)plano-convexa; c)côncavo-convexa; d)bicôncava; e)plano-côncava; f)convexo-côncava.

As lentes podem ser classificadas de acordo com a sua espessura, sendo as convexas, convergentes ou positivas as lentes mais espessas no centro e que tendem a fazer diminuir o raio de curvatura das frentes de onda incidentes (pressupondo-se que o índice da lente é superior ao do meio em que esta se encontra).

Por outro lado, as lentes côncavas, divergentes ou negativas são mais finas no centro, e facilitam um avanço mais rápido da frente de onda nessa zona, aumentando o raio de curvatura e fazendo-a divergir mais acentuadamente.

Luz

A luz é uma onda eletromagnética, cujo comprimento de onda se inclui num determinado intervalo dentro do qual o olho humano é a ela sensível. Trata-se, de outro modo, de uma radiação electromagnética que se situa entre a radiação infravermelha e a radiação ultravioleta. As três grandezas físicas básicas da luz são herdadas das grandezas de toda e qualquer onda eletromagnética: intensidade (ou amplitude), frequência e polarização (ângulo de vibração). No caso específico da luz, a intensidade se identifica com o brilho e a frequência com a cor. Deve ser ressaltada também a dualidade onda-partícula, característica da luz como fenómeno físico, em que esta tem propriedades de onda e partículas, sendo válidas ambas as teorias sobre a natureza da luz.

Um raio de luz é a trajetória da luz em determinado espaço, e sua representação indica de onde a luz é criada (fonte) e para onde ela se dirige. O conceito de raio de luz foi introduzido por Alhazen. Propagando-se em meio homogéneo, a luz percorre trajetórias retilíneas; somente em meios não-homogêneos a luz pode descrever trajetórias curvas.

Propriedades do som

 No dia a dia ouvem-se vários sons muito diferentes uns dos outros.
 O som de uma explosão, da descolagem de um avião ou de uma buzina de um automóvel são incomodativos, podendo mesmo provocar lesões nos ouvidos.
 Ouvir musica ou o trinado de um passarinho pode ser agradável e até relaxante.
 Os sons têm diversas características que permitem distingui-los.

 Altura do som

 A altura do som é a propriedade que nos permite classificar os sons em agudos ou graves.
 A altura do som depende da frequência da onda sonora.

 Intensidade do som

 A intensidade do som é a propriedade que permite classificar os sons em fortes e fracos. Está relacionado com a amplitude da onda sonora.

 Timbre

 O timbre é a propriedade do som que permite distinguir sons com a mesma altura e intensidade, mas provenientes de fontes sonoras diferentes.

 Por exemplo o Dó de um piano não é igual ao Dó de um violino.

O que são ondas?

Ondas

São movimentos oscilatórios que se propagam num meio, transportando apenas energia, sem transportar matéria.

NATUREZA DAS ONDAS

Mecânicas – Perturbações provocadas em meios materiais elásticos, transportando energia mecânica (ondas em cordas, em superfícies líquidas, ondas sonoras, etc.). Não se propagam no vácuo.

Electromagnéticas – Vibrações de cargas eléctricas que transportam energia na forma de quanta – “pacotes” de energia (luz, ondas de rádio, de TV, microondas, raios X, etc.). Propagam-se no vácuo e em alguns meios materiais.

TIPOS DE ONDAS

CLASSIFICAÇÃO DAS ONDAS

Unidimensionais – A energia propaga-se linearmente, como numa corda.

Bidimensionais – A energia propaga-se superficialmente, como na superfície da água.

Tridimensionais – A energia propaga-se no espaço, como as ondas sonoras e as luminosas. 

CARACTERÍSTICAS DAS ONDAS 
Crista de onda – O ponto mais alto da onda.

Vale de onda – O ponto mais baixo da onda.

Comprimento de onda – A distância entre duas cristas ou dois vales consecutivos. Pode-se também definir comprimento de onda como a menor distância entre dois pontos em concordância de fase: duas cristas ou dois vales estão sempre em concordância de fase, e uma crista e um vale, sempre em oposição de fase.

Período (T) – Tempo necessário para a onda deslocar-se de um comprimento de onda. Pela definição da velocidade média: v = S/t, como vm = v e t = T, 

Equação Fundamental das Ondas – Como o período é o inverso da frequência, T = 1/f (Aprovar 19), vem: 

Radiação, condução e convecção

 O calor é um tipo de energia que pode ser transferido de um corpo para o outro quando há diferença de temperatura entre eles. A transferência de calor pode ocorrer de três formas: radiação, condução e convecção.

A radiação térmica, também conhecida como irradiação, é uma forma de transferência de calor que ocorre por meio de ondas eletromagnéticas. Como essas ondas podem propagar-se no vácuo, não é necessário que haja contato entre os corpos para haver transferência de calor. Todos os corpos emitem radiações térmicas que são proporcionais à sua temperatura. Quanto maior a temperatura, maior a quantidade de calor que o objeto irradia. Um exemplo desse processo é o que acontece com a Terra, que, mesmo sem estar em contato com o Sol, é aquecida por ele. Outro exemplo pode ser observado na figura a seguir:

Podemos nos aquecer nas proximidades de uma lareira, sem ter contato direto com o fogo, graças ao processo de condução do calor por irradiação

O calor também pode ser transferido de um meio para o outro por meio da condução. Para entender melhor esse processo de transferência de calor, imagine a seguinte situação: segurando uma barra de ferro em uma das suas extremidades e colocando a outra ponta sobre uma chama, ela começará a aquecer. Primeiramente, a parte que está sobre o fogo terá sua temperatura elevada, pois a chama está transferindo energia para a barra. As moléculas que a constituem começarão a ficar agitadas e chocar-se-ão com as outras que não estão em contato com o fogo. Essa agitação será transmitida de molécula para molécula até que todo o objeto fique aquecido.

É assim que ocorre a condução de calor, a energia propaga-se em virtude da agitação molecular. Esse processo é mais eficiente em materiais como os metais, que são bons condutores de calor. Isso também explica o motivo das panelas serem feitas de metal.

As panelas são feitas de metal porque são os melhores condutores de calor por condução

Por fim, há a convecção, que é a forma de transferência de calor comum para os gases e líquidos. O exemplo a seguir descreve como acontece a convecção:

Ao colocar água para ferver, a parte que está próxima ao fogo será a primeira a aquecer. Quando ela aquece, sofre expansão e fica menos densa que a água da superfície, sendo assim, ela desloca-se para ficar por cima, enquanto a parte mais fria e densa move-se para baixo. Esse ciclo repete-se várias vezes e forma uma corrente de convecção, que é ocasionada pela diferença entre as densidades, fazendo com que o calor seja transferido para todo o líquido. Observe a figura:

Observe como se forma a corrente de convecção

Transferências e transformações de energia

Transferências de energia

A energia transfere-se entre corpos. As transferências de energia ocorrem sempre que a energia passa de um sistema (um corpo ou um conjunto de corpos que ocupa espaço e possui determinadas características) para outro.

Por exemplo, quando um candeeiro esta acesso transfere-se energia eléctrica de tomada eléctrica para o candeeiro. Assim a energia eléctrica transforma-se em energia luminosa e térmica.

Sistema

O sistema é um corpo ou um conjunto de corpos que ocupa espaço e possui determinadas características. Ou, simplesmente , uma porção  do Universo que se pretende estudar. Um sistema pode ser:

Energia cinética e energia pontencial

Energia cinética

A energia cinética (Ec) esta associada ao movimento dos corpos. Por exemplo, uma pessoa possui

energia cinética quando anda.

Esta depende da:

• massa do corpo (m) – quanto maior a massa do corpo , maior a sua energia cinética;
• velocidade do corpo (v) – quanto maior a velocidade com que o corpo está animado, maior a sua energia cinética.

E pode ser calculada utilizando a expressão:

Energia potencial

A energia potencial (Ep) esta associada à energia armazenada nos corpos.

Qualquer corpo que se encontra afastado da superfície terrestre possui energia potencial gravítica (Epg).

Se um corpo está à superfície da Terra (zero metros), a energia potencial gravítica é nula.

A Epg depende da:

Fontes e formas de energia

 A energia está em tudo o que nos rodeia.

 As fonte de energia podem classificar-se em :

•    Fontes de energia primárias- quando ocorrem livremente na natureza.

      ex: sol, água, vento, gás natural...

•    Fontes de energia secundárias- quando são obtidas a partir de outras.

      ex: electricidade, gasolina, petróleo...

 As fontes de energia primárias podem ser:

•    Fontes de energia renováveis são aquelas que se renovam continuamente na natureza, sendo, por isso inevitáveis.

      ex: sol, vento, água, biomassa, géiseres e fumarolas, marés.

•    Fontes de energia não renováveis são aquelas cujas reservas se esgotam, pois o seu processo de formação é muito lento comparado com o ritmo de consumo que o ser humano faz delas.

      ex: gás natural, carvão, petróleo bruto, urânio.

 Formas de energia

 Energia solar- é a energia que está associada à radiação solar.

 Energia luminosa- é a energia que está associada à radiação solar, à luz de uma lâmpada ou de uma vela.

 Energia hídrica- é a energia que está associada à água armazenada numa barragem.

 Energia das ondas e das marés- é a energia que está associada às ondas do mar ou à subida e descida das marés.

 Energia geotérmica- é a energia que está associada ao calor proveniente do interior da Terra.

 Energia eólica- é a energia que está associada ao vento.

 Energia sonora- é a energia que está associada às ondas sonoras.

 Energia eléctrica- é a energia que está associada à corrente eléctrica.

 Energia térmica- é a energia que está associada às variações de temperatura de um corpo.

 Energia química- é a energia que está associada ao carvão, petróleo, alimentos, medicamentos.

 Energia cinética- é a energia que está associada ao movimento de um corpo.