Espectroscópio de celular: separando a luz no smartphone

by Alfredo Mateus

No artigo sobre o vídeo que eu fiz no Manual do Mundo eu mostro como se pode observar o espectro de uma lâmpada usando uma rede de difração. Se você ficou com vontade de fazer este experimento com seus alunos, mas não tem a rede de difração, este artigo é para você. Se você tem a rede, continue lendo também, pois temos muitas dicas sobre como montar os experimentos. 

O que é?

Um suporte para se colocar uma rede de difração em frente à câmera de um smartphone e transformá-lo em um espectrômetro. O suporte foi desenhado para smartphones que possuem a câmera próxima à extremidade superior, e deve funcionar em diversos modelos.

Por que é interessante?

O modelo atômico de Bohr foi desenvolvido a partir de observações e medidas de espectros da luz emitida por átomos em lâmpadas como a de hidrogênio. Espectros atômicos são descontínuos, ou seja, a luz emitida pelos átomos apresenta apenas alguns comprimentos de onda. Quando a luz atravessa uma fenda e em seguida é separada em um prisma ou uma rede de difração, vemos uma série de linhas com as cores correspondentes ao comprimentos de onda da luz visível. Podemos comparar este tipo de espectro com o produzido por outras fontes de luz, como por exemplo lâmpadas fluorescentes ou incandescentes. Nestes casos, o espectro obtido é contínuo, vemos um arco-íris sem interrupções. 

Observar e fotografar estes espectros são atividades que podem ajudar na compreensão do fenômeno e a sua relação com o modelo. Este experimento pode ser um ótimo ponto de partida para se discutir o modelo de Bohr com os alunos.

Como usar

Coloque o espectrômetro no celular, de modo que a rede de difração fique sobre a câmera. Procure fontes de luz para fotografar. Um exemplo de fonte de luz que fornece um espectro contínuo é a lâmpada incandescente, aquela com o filamento de tungstênio. Esta lâmpada está em extinção, não sendo mais comercializada, mas você ainda consegue encontrar algumas lâmpadas antigas. Nós construímos um suporte para uma lâmpada incandescente de geladeira (40W). Para isso, usamos uma lata de chá e cortamos uma abertura para a luz e uma abertura na tampa de plástico flexível para passar a lâmpada. Usamos um soquete com tomada e ligamos a tomada em uma extensão com um interruptor. Por fim, colocamos na frente da saída de luz um pedaço de MDF que apresentava um corte. Desta forma temos uma fenda para limitar a quantidade de luz. Colocamos uma cartolina preta sobre o MDF nos dois lados da fenda, para melhorar o contraste. 

 

Lâmpadas fluorescentes também fornecem espectros contínuos. Uma lâmpada fluorescente é uma lâmpada de vapor de mercúrio. O mercúrio emite luz no ultravioleta, e é essa radiação ultravioleta que faz com que o material branco que fica no vidro da lâmpada emita luz visível, um processo chamado de fluorescência (daí o nome da lâmpada).

espectro de lâmpada fluorescente

É possível encontrar lâmpadas de mercúrio sem o material fluorescente branco no tubo de vidro. São chamadas de lâmpadas germicidas, pois elas emitem radiação ultravioleta que mata germes. Os modelos para aquários (5 W) são os mais adequados. Nestas fotos estamos usando um globo de plasma para acender as lâmpadas, mas elas podem ser ligadas à tomada usando uma luminária tradicional. 

espectro de uma lâmpada germicida

Outra opção é usar lâmpadas de LED de várias cores. É possível também usar uma tela de um computador ou celular como fonte de luz. Você pode colocar na tela uma imagem com várias cores para você observar e comparar o espectro. A imagem da esquerda, abaixo, foi feita num programa de edição de imagens e possui cores “puras” (o vermelho tem só vermelho, o azul, só azul, etc.) e misturas de 50% uma cor e 50% a outra. A imagem da direita é uma foto da tela do computador, com o espectroscópio de celular. Dá pra ver que a cor amarela, por exemplo, é criada na tela quando se acende os pixels verdes e vermelhos.

imagem com faixas de cores

Fotografar um teste de chama é outra opção interessante para se ver um espectro de linhas. Sal de cozinha (cloreto de sódio) é uma opção fácil de se encontrar e fornece a intensa luz amarela do sódio. 

Nós usamos um maçarico para ter uma chama portátil, segura e quase transparente (azul). Você pode colocar uma pequena quantidade de sal em uma alça feita com fio de níquel-cromo (resistência elétrica de chuveiro). Na falta desse arame, use um clipe de papel feito de metal e entorte para dar a forma correta. Um pregador de madeira serve como cabo e evita queimaduras quando o arame esquenta. Quando aproximamos o sal da chama, podemos ver a cor característica da luz emitida pelo sódio. Usando a mesma fenda que mostramos na foto da lâmpada incandescente, podemos tirar uma foto do espectro de linhas do sódio. Na imagem abaixo à esquerda, vemos apenas a luz da chama de gás e na da direita vemos o espectro do sódio. 

Faça o seu

Baixe o modelo do Thingiverse: https://www.thingiverse.com/thing:3999432

O modelo foi adaptado do suporte para um microscópio de celular desenvolvido pelo Pacific Northwest National Laboratory (https://www.thingiverse.com/thing:667471). Nós falamos sobre este modelo no artigo “Um microscópio no seu celular“.

A impressão é muito rápida e usa uma quantidade bem pequena de plástico, tornando este projeto algo que você pode fazer em quantidade de modo que muitos alunos possam fazer as observações ao mesmo tempo.

Nós imprimimos o modelo com filamento de PLA, com suporte para a parte da janela. O suporte foi muito fácil de retirar. Usamos 0,2 mm de altura de camada e 10% de infill. 

Verifique a espessura do seu smartphone e a distância que a câmera está da borda. Escolha o modelo adequado ou modifique o modelo usando o Tinkercad.

Depois que o modelo está pronto, precisamos de uma rede de difração. Caso você não tenha uma rede linear, a melhor opção é obter uma a partir de um CD ou DVD velho. Nós cortamos o disco no sentido da borda para o centro, formando um retângulo um pouco maior que a janela do suporte. Usamos uma fita adesiva para retirar a parte impressa e a camada de alumínio. Evite tocar na superfície do CD e segure o plástico pelas bordas.

Acerte o tamanho do retângulo de plástico e prenda no suporte usando fita adesiva ou cola.

espectrômetro instalado no celular
espectrômetro instalado no celular - vista lateral

FINALMENTES

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