sábado, 6 de setembro de 2014

Biografia de Joseph von Fraunhofer


Joseph von Fraunhofer
Joseph von Fraunhofer. Óptico alemão. Nasceu em 6 de Março de 1787 em Straubing, e, faleceu em 7 de Junho de 1826 em Munique. Ele é conhecido pela descoberta das linhas escuras de absorção conhecidas como Espectro de Fraunhofer no espectro solar, e por fazer excelentes vidros ópticos e lentes objetivas acromáticas para telescópios.










Biografia



Fábrica de vidros, hoje um museu em
Benediktbeuern. (Imagem: Rudolph Buch).
Fraunhofer nasceu em Straubing, Baviera. Ele se tornou órfão aos 11 anos, e começou a trabalhar como aprendiz para um duro vidraceiro chamado Philipp Anton Weichelsberger. Em 1801 a oficina na qual ele estava trabalhando desmoronou e ele foi enterrado nos escombros. A operação de resgate foi liderada por Maximiliano I José da Baviera, na época um príncipe eleitor. O príncipe entrou na vida de Fraunhofer, fornecendo a ele livros e forçando seu patrão a permitir que o jovem Fraunhofer tivesse tempo para estudar. Após oito meses de estudo, Fraunhofer foi trabalhar no Instituto de Óptica em Benediktbeuern, um monastério Beneditino secularizado dedicado à vidraçaria. Lá ele descobriu como fazer os melhores vidros ópticos do mundo e inventou métodos extremamente precisos para medir a dispersão. Em 1818 ele se tornou diretor do Instituto de Óptica. Devido aos finos instrumentos ópticos que ele desenvolveu, a Baviera tomou o lugar da Inglaterra como o centro da indústria óptica. Mesmo pessoas como Michael Faraday não eram capazes de produzir vidro que pudesse rivalizar aquele feito por Fraunhofer. Sua carreira ilustre fez com que ele ganhasse um doutorado honorário da Universidade de Erlangen em 1822. Em 1824, ele foi agraciado com a ordem de mérito, tornou-se um nobre, e feito um cidadão de honra de Munique. Assim como muitos outros vidraceiros de sua era que foram intoxicados por vapores de metais pesados, Fraunhofer morreu jovem, em 1826 com 39 anos. Acredita-se que suas receitas mais valiosas de vidraçaria tenham sido enterradas com ele.




Pesquisa científica



Túmulo de Fraunhofer. (Imagem: HubertSt).
Em 1814 Fraunhofer inventou o espectroscópio, e descobriu 574 linhas escuras no espectro solar. Mais tarde foi descoberto que elas eram linhas de absorção atômica, como explicado por Gustav Kirchoff e Robert Bunsen em 1859. Essas linhas ainda são chamadas de espectro de Fraunhofer em sua homenagem. Ele também inventou a rede de difração e, ao fazê-lo, transformou a espectroscopia de uma arte qualitativa em uma ciência quantitativa ao demonstrar como alguém poderia medir o comprimento de onda da luz com precisão. Ele descobriu que os espectros de Sirius e outras estrelas de primeira magnitude diferiam entre si e do sol, fundando então a espectroscopia estelar. Em último caso, entretanto, sua paixão ainda era a óptica prática, uma vez dizendo que “Em todos meus experimentos que pude, devido à falta de tempo, prestar atenção apenas àqueles assuntos que pareciam ter um envolvimento com a óptica prática”. No começo da década de 90, uma empresa que projetava e fabricava telescópios de refração foi nomeada em sua homenagem de Fraunhofer Systems Company uma vez que os telescópios eram baseados em seu projeto.



Espectro de Fraunhofer



Espectro solar com as linhas de Fraunhofer.
Em física e óptica, o espectro de Fraunhofer ou linhas de Fraunhofer são um conjunto de linhas espectrais, associadas originalmente a faixas escuras existentes no espectro solar, e que foram catalogadas pelo físico alemão Joseph von Fraunhofer (1787–1826). O químico inglês William Hyde Wollaston, em 1802, foi a primeira pessoa a notar a existência de várias linhas escuras no espectro solar. Posteriormente, utilizando-se de prismas e de medidas precisas de ângulo, Fraunhofer redescobriu independentemente as diversas linhas escuras fracas e fortes do espectro solar. Ele identificou cerca de 570 dessas linhas, associando as linhas mais proeminentes as letras de A até K, denominação ainda hoje utilizada. Posteriormente, Gustav Kirchhoff e Robert Bunsen descobriram que cada elemento químico possui um conjunto de linhas espectrais associadas, e deduziram que as linhas escuras no espectro solar eram causadas pela absorção da luz pelos elementos existentes nas camadas mais externas do Sol. Algumas das faixas observadas são também causadas pela absorção da luz pelo oxigênio existente na atmosfera terrestre. Kirchhoff e Bunsen descobriram que assim como na Terra, existem no Sol os elementos sódio, cálcio, cromo, níquel, bário, cobre e zinco. Foram descobertas linhas escuras no espectro solar que não correspondiam a nenhum elemento conhecido na Terra. O elemento hélio foi descoberto desta forma, tendo sido encontrado na Terra somente após 17 anos da descoberta de sua existência no Sol. As principais linhas de Fraunhofer, e os elementos aos quais eles são associados, estão apresentados na tabela abaixo:



Designação
Elemento
Comprimento de onda (nm)
Designação
Elemento
Comprimento de onda (nm)
y
O2
898,765
c
Fe
495.761
Z
O2
822,696
F
486,134
A
O2
759,370
d
Fe
466,814
B
O2
686,719
e
Fe
438,355
C
656,281
G'
434,047
a
O2
627,661
G
Fe
430,790
D1
Na
589,592
G
Ca
430,774
D2
Na
588,995
h
410,175
D3 ou d
He
587,5618
H
Ca+
396.847
e
Hg
546,073
K
Ca+
393.368
E2
Fe
527,039
L
Fe
382,044
b1
Mg
518,362
N
Fe
358,121
b2
Mg
517,270
P
Ti+
336,112
b3
Fe
516,891
T
Fe
302,108
b4
Fe
516,891
t
Ni
299,444
b4
Mg
516,733






Importância


As linhas de Fraunhofer são de suma importância para a pesquisa da composição de corpos celestes que emitem energia eletromagnética. O fenômeno ocorre porque os fótons podem ser absorvidos por um átomo causando o salto de um elétron de um orbital para outro. Cada salto, chamado também de excitação, é associado com um comprimento de onda específico. Através do estudo de absorções do espectro eletromagnético luminoso visível podemos ver nas regiões ou camadas frias do exterior da superfície solar a evidência de átomos de muitos elementos.



Fotosfera Solar



Diagrama de Fraunhofer. (Imagem: NASA).
A fotosfera solar emite radiações de ampla largura de banda do espectro eletromagnético visível, ou uma larga faixa de luz visível, que chegam até a Terra. Essas radiações são chamadas de luz branca por conterem todos os comprimentos de onda, comparadas ao ruído branco em teoria eletromagnética, onde a mistura característica de senóides ao osciloscópio é o somatório de todas as frequências que as compõem; em teoria sonora pode-se caracterizar um chiado com o som parecido ao ruído de uma cachoeira.



Absorção da gama de luz visível



Ao se utilizar um filtro que absorve todos os comprimentos de onda de luz amarela e verde, o resultado será: o vermelho; laranja; azul e o violeta misturados. A luz resultante teria algo de púrpura com tons avermelhados e amostras de comprimentos de onda azulados. Imaginando-se um filtro que absorve só uma cor, ao passar luz branca através deste, somente uma faixa do espectro será removido, portanto a luz observada resultante não o conteria. De forma similar ao filtro específico, com os átomos ocorre o mesmo, pois atuam como filtros; ao passar luz branca através de si, todos as frequências da gama luminosa passarão, menos aquela específica que o identifica, pois é absorvida; logo, pode-se deduzir que estes têm assinaturas distintas, ou seja, elementos distintos absorvem cores distintas.



Espectrógrafo



O dispositivo utilizado para analisar o espectro dos componentes elementares da matéria chama-se espectrógrafo, sendo usado por cientistas para que se observe a porção visível da radiação luminosa em seus componentes, exibindo os vários comprimentos de onda como uma tira colorida que vai do violeta passando por todas as cores do espectro até chegar ao vermelho. A ausência de um comprimento de onda na exibição da amostra decomposta da luz pelo espectrógrafo indica que um determinado tipo de átomo agiu como filtro absorvendo a cor característica. Essas ausências aparecem como uma linha escura sobreposta na tira colorida; um exemplo típico poderia ser o arco-íris sem uma das cores, em seu lugar uma faixa negra.



Quando observado pela primeira vez e a utilidade do processo



As ausências de gama de faixa luminosa foram observadas inicialmente por Joseph von Fraunhofer em 1814 ao observar o espectro luminoso do Sol; por isso as linhas escuras são agora chamadas de linhas de Fraunhofer. Os vários átomos dos gases das camadas exteriores do Sol agem como filtro para a luz emitida de regiões mais profundas, mais quentes e mais densas; analisando a luz absorvida e comparando-a com tabelas de cores levantadas em experimentos de laboratório na Terra, é possível ler a assinatura do átomo que serviu como um filtro, identificando a composição dos elementos estudados. Deste modo, é possível obter informações sobre a composição elementar do Sol ou de qualquer outro astro onde se faz este tipo de leitura.



Referências


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