Distribuição da energia no espetro
Não existe nenhum emissor capaz de dar luz monocromática, ou seja, luz com um comprimento de onda rigorosamente definido. Isto é comprovado pelas experiências sobre a decomposição da luz no espetro com um auxílio de um prisma, bem como experiências sobre interferências ou difração.
A energia, que traz consigo a luz do emissor, distribui-se de uma forma determinada por ondas de todos os comprimentos, que entram na composição do fluxo luminoso. Pode dizer-se que a energia está distribuída segundo as frequências, visto que entre o comprimento de onda e a frequência existe uma relação simples:
Qualquer emissor
de luz é caracterizado pela energia total que irradia por cada unidade de tempo. A
energia irradiada não se distribui uniformemente entre as ondas de comprimentos
diferentes. Por isso, a principal característica da radiação é a distribuição da
energia emitida em cada unidade de tempo segundo os comprimentos de onda ou as
frequências. Esta distribuição pode calcular-se experimentalmente. Por isso, com o
auxílio de um prisma, pode obter-se o espetro da radiação, por exemplo, de um arco
voltaico, e medir-se a energia luminosa que atravessa um pequeno intervalo espetral de
largura 
. Ao
avaliar a distribuição da energia, ainda que aproximadamente, não nos podemos basear na
vista. A sensibilidade dos olhos à luz é seletiva. O seu máximo situa-se na zona
amarela-verde do espetro. É melhor utilizar um corpo absolutamente negro que absorve
quase totalmente a luz de todos os comprimentos de onda, de tal modo que a energia
luminosa provoca o seu aquecimento. Basta medir a temperatura do corpo para se avaliar a
quantidade de energia absorvida por unidade de tempo.
Um termômetro habitual é pouco sensível para que possa ser utilizado com êxito nestas experiências. São necessários instrumentos mais sensíveis para medir a temperatura. Pode usar-se um termômetro elétrico de resistência, no qual o elemento sensível é constituído por uma placa metálica fina . É necessário cobrir esta placa com uma camada fina de fuligem, que absorve quase totalmente a luz de qualquer comprimento de onda.
A placa do
instrumento, sensível ao aquecimento, deve ser colocada no lugar do espetro ( fig.1) . A
todo o espetro visível, de comprimento l , entre os raios vermelhos e os raios violeta,
corresponde o intervalo de frequência de fvm a fvi . À largura 
da placa negra
corresponde um intervalo pequeno . Pelo aquecimento da placa negra do instrumento é
possível calcular a quantidade de energia luminosa, que corresponde ao intervalo de
frequência . Deslocando a placa ao longo do espetro, verificaremos que grande parte da energia vai
para a zona vermelha do espetro e não para a amarela-verde, como nos parece à vista.
Pelo resultado destas experiências pode construir-se o gráfico de dependência da energia irradiada por unidade de tempo em relação à frequência. A energia irradiada é determinada pela temperatura da placa, enquanto que a frequência não é difícil de calcular se utilizarmos para a decomposição da luz um instrumento graduado, ou seja, se for conhecido a que frequência corresponde uma determinada zona do espetro.
Colocando no eixo
das abcissas o valor das frequências, correspondentes aos centros dos intervalos , e no eixo das
ordenadas a energia
,
absorvida pelo instrumento por unidade de tempo, obtemos um conjunto de pontos, através
dos quais podemos fazer passar uma curva lisa (fig.2). Esta curva dá-nos uma idéia
concreta sobre a distribuição da energia na parte visível do espetro do arco voltaico.
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| Fig.1 | |
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| Fig. 2 | |
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| Fig. 3 |
Instrumentos espetrais.
Mecanismos simples, tais como uma fenda estreita, que limita um feixe luminoso, ou um prisma, já não são suficientes para observarmos com exatidão o espetro. Um dispositivo mais perfeito, composto por um prisma e uma lente, proposto por Newton, também não é completamente satisfatório. São necessários dispositivos que dêem um espetro nítido, ou seja, dispositivos que decomponham bem as ondas de comprimentos diferentes e que não permitam ( ou quase não permitam) a sobreposição de zonas diferentes do espetro. Tais dispositivos têm o nome de instrumentos espetrais . Muitas vezes, a parte principal de um instrumento espetral é constituída por um prisma ou por uma rede de difração.
Vejamos o esquema de funcionamento do instrumento espetral prismático (fig. 3). A radiação investigada incide primeiro na parte do instrumento, que se chama colimador . Um colimador é um tubo que numa das pontas tem um biombo com uma fenda estreita, e na outra ponta uma lente convergente L1 . A fenda encontra-se no plano focal da lenta. Por isso, um feixe luminoso divergente que incida na lente através da fenda, sai dela como um feixe paralelo e incide no prisma P.
Visto que a diversas frequências correspondem índices de refração diferentes, então do prisma saem feixes paralelos, mas com uma direção diferentes. Eles incidem na lente L2 . No plano focal desta lente encontra-se uma tela de vidro fosco ou uma chapa fotográfica. A lente L2 , foca os raios dos feixes paralelos no écran e, no lugar de uma imagem da fenda, aparece uma série de imagens. A cada frequência (mais precisamente, a cada estreito intervalo espetral) corresponde a sua imagem. Todas estas imagens juntas formam o espetro.
O instrumento descrito chama-se espetrógrafo . Se no lugar da segunda lente e do écran utilizarmos um tubo para observação visual do espetro, então o instrumento chama-se espetroscópio. Os prismas e outros detalhes dos instrumentos espetrais não são obrigatoriamente fabricados de vidro. No lugar do vidro utilizam-se materiais transparentes tais como o quartzo, o sal-gema e outros. É que o vidro, transparente para ondas eletromagnéticas do espetro visível, absorve fortemente as ondas de outros comprimentos.
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