Cenas de Alta Tensão: Globo de Plasma e Espectros Atômicos

por Alfredo Mateus
Cenas de alta tensão

Eu tive a oportunidade de colaborar com o Iberê Tenório, do Manual do Mundo, em mais um vídeo, que foi publicado no YouTube hoje. Como sempre, a qualidade da produção e da edição foi excepcional e o resultado são belíssimas imagens de um fenômeno super interessante. 

No vídeo, conversamos sobre com funciona um globo de plasma e o que acontece quando colocamos alta tensão em lâmpadas de diferentes gases a baixa pressão. Falamos um pouco também sobre como os químicos usam essa informação para identificar os elementos químicos. Veja abaixo como você pode usar as ideias do vídeo e fazer este Xperimento com os seus alunos.

Ao trabalhar o tema dos modelos atômicos, em geral utilizamos na minha escola uma abordagem histórica, que inicia com a ideia de átomo por filósofos gregos e avança até o modelo atual. Ao se passar pelo modelo de Bohr, podemos trabalhar com os fenômenos que levaram até o modelo de maneira mais direta. Neste Xperimento vamos mostrar uma maneira interessante de produzir e se observar espectros atômicos de diversos gases usando um globo de plasma.

MATERIAL

  • Globo de plasma (existem diversos tamanhos e preços)
  • Lâmpadas de diversos gases – hélio, neônio, hidrogênio, nitrogênio, oxigênio, mercúrio (lâmpada germicida ou fluorescente comum)
  • Rede de difração ou um CD/DVD velho

MÃOS À OBRA

Lâmpadas com gases em seu interior necessitam de fontes de alta tensão. Uma lâmpada fluorescente, por exemplo, tem um reator que aumenta a tensão para acender a lâmpada. Embora o setor de Física aqui da escola tivesse um conjunto de lâmpadas de gases diferentes, a fonte de alta tensão estava quebrada, e as lâmpadas encostadas. Eu já havia feito a demonstração de se acender lâmpadas fluorescentes ao aproximá-las do globo de plasma, mas não tinha feito a conexão de que, se funcionava para as lâmpadas fluorescentes, deveria funcionar com as outras também.  

Realmente não é fácil de encontrar as lâmpadas especiais com diferentes gases. A lâmpada fluorescente e a lâmpada germicida são fáceis de se encontrar. Pequenas lâmpadas de neônio podem ser encontradas em lojas de eletrônica. Mas não deixe de mostrar o experimento com as lâmpadas que conseguir. E mostre o vídeo para complementar.

Aproximamos as lâmpadas, uma de cada vez, do globo de plasma ligado. Um pano preto pode ser colocado sobre o globo para destacar a luz vinda da lâmpada.

Mas observar a luz vinda das lâmpadas é só metade da diversão. O mais interessante vem de observar essa luz com um instrumento que separe as suas cores: um espectroscópio. No vídeo usamos uma tira bem grande de uma rede de difração. Mas você pode usar um pedaço pequeno ou mesmo um pedaço de CD ou DVD velho. 

O QUE ACONTECE

Inicialmente, podemos pensar sobre o globo de plasma, que sem dúvida já atrai sozinho a atenção de quem quer que brinque com ele. Na base do globo temos um circuito com um transformador que pega a tensão de entrada e a eleva para milhares de volts. Essa alta tensão é colocada em um fio que vai até a bola central no meio do globo. Basicamente, a bola no centro do globo de plasma funciona como uma bobina de Tesla, um circuito com alta tensão e alta frequência.

No interior do globo temos uma mistura de gases nobres, em uma baixa pressão. Os átomos dos gases presentes ali são ionizados quando ligamos o globo, ou seja, eles perdem elétrons. Quando um átomo perde um elétron ele se torna um cátion, ficando positivo (mais prótons do que elétrons). Um gás ionizado é chamado de um plasma, o famoso quarto estado da matéria. Uma propriedade do plasma é que ele conduz eletricidade. Além disso, quando os elétrons recombinam com os cátions do plasma, o átomo emite luz. Assim, ao longo de cada “raio” do globo de plasma temos “fios” de plasma, perdendo e ganhando elétrons e emitindo luz. 

Quando colocamos a mão sobre o vidro do globo de plasma, todos as descargas elétricas (“raios”) se concentram no ponto onde você toca o vidro. Como o vidro é um isolante elétrico, ele funciona como um capacitor. A sua mão fecha o circuito, descarregando as cargas acumuladas como um fio terra, mas com uma corrente muito baixa, que você quase não sente. 

Quando uma onda de luz atinge a rede de difração, ela muda de direção. O ângulo de saída depende do comprimento de onda da luz. Uma onda com comprimento de onda maior como a da cor vermelha sai em um ângulo diferente de uma onda de cor azul, cujo comprimento de onda é bem menor. O resultado é que podemos observar um espectro contínuo com todas as cores separadas para uma fonte de luz branca como uma lâmpada incandescente ou a luz do Sol. Já quando a fonte de luz vêm de átomos isolados, em um gás, podemos ver um espectro de linhas, descontínuo. Nesse caso cada linha de cor vem de uma transição eletrônica, um “pulo” de um elétron de um estado de maior energia para outro, com energia menor. O diagrama abaixo ilustra as transições para o átomo de hidrogênio e como cada uma dá origem a uma linha de cor diferente, devido às diferenças de energia dos níveis.

transições eletrônicas e linhas

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