RAIO X

Os raios X são emissões eletromagnéticas de natureza semelhante à luz visível. Seu comprimento de onda vai de 0,05 ângström (5 pm) até dezenas de angstrons (1 nm).
Os raios X foram descobertos em 8 de novembro de 1895, por um físico alemão chamado Wilhelm Conrad Röntgen.
A energia dos fótons é de ordem do keV (kilo elétron-volt), entre alguns keV e algumas centenas de keV. A geração desta energia eletromagnética se deve à transição de elétrons nos átomos, ou da desaceleração de partículas carregadas.
Como toda energia eletromagnética de natureza ondulatória, os raios X sofrem interferência, polarização, refração, difração, reflexão, entre outros efeitos. Embora de comprimento de onda muito menor, sua natureza eletromagnética é idêntica à da luz.

TUBO DE CROOKES

Em uma ampola de vidro, William Crookes submeteu um gás a pressão ambiente e a altas tensões, por meio de duas placas metálicas localizadas no fundo e na frente da ampola, cada qual carregada com cargas diferentes. Quando a diferença de potencial entre as placas era suficientemente grande, os elétrons saiam do cátodo (placa carregada negativamente), colidiam com moléculas do gás, ocorrendo a sua ionização e/ou liberação de luz devido às transições eletrônicas dos átomos do gás, iluminando assim, toda a ampola. A partir desses experimentos, Joseph John Thomson observou que tal fenômeno é independente do gás e do metal utilizado nos eletrodos (placas metálicas). Concluiu, então, que os raios catódicos podem ser gerados a partir de qualquer elemento químico. Devido a essa conclusão, Thomson pôde, posteriormente, atestar a existência do elétron.

A DESCOBERTA

Foi o físico alemão Wilhelm Conrad Röntgen (1845-1923) quem detectou pela primeira vez os raios X, que foram assim chamados devido ao desconhecimento, por parte da comunidade científica da época, a respeito da natureza dessa radiação. A descoberta ocorreu quando Röentgen estudava o fenômeno da luminescência produzida por raios catódicos num tubo de Crookes. Todo o aparato foi envolvido por uma caixa com um filme negro em seu interior e guardado numa câmara escura. Próximo à caixa, havia um pedaço de papel recoberto de platinocianeto de bário.
Röentgen percebeu que quando fornecia energia cinética aos elétrons do tubo, estes emitiam uma radiação que marcava a chapa fotográfica. Intrigado, resolveu colocar entre o tubo de raios catódicos e o papel fotográfico alguns corpos opacos à luz visível. Desta forma, observou que vários materiais opacos à luz diminuíam, mas não eliminavam a chegada desta estranha radiação até a placa de platinocianeto de bário. Isto indicava que a radiação possui alto poder de penetração. Após exaustivas experiências com objetos inanimados, Röntgen pediu à sua esposa que posicionasse sua mão entre o dispositivo e o papel fotográfico.
O resultado foi uma foto que revelou a estrutura óssea interna da mão humana. Essa foi a primeira radiografia, nome dado pelo cientista à sua descoberta em 8 de novembro de 1895. Posteriormente à descoberta do novo tipo de radiação, cientistas perceberam que esta causava vermelhidão da pele, ulcerações e empolamento para quem se expusesse sem nenhum tipo de proteção. Em casos mais graves, poderia causar sérias lesões cancerígenas, necrose e leucemia, e então à morte.

Partícula ou onda

Logo que os raios X foram descobertos, pouco se sabia a respeito da sua constituição. No início do século XX foram encontradas evidências experimentais de que os raios X seriam constituídos por partículas. No entanto, e para a surpresa da comunidade científica, Walther Friedrich e Paul Knipping realizaram um experimento em 1912, no qual conseguiram fazer um feixe de raios X atravessar um cristal, produzindo interferência da mesma forma que acontece com a luz. Isto fez com que os raios X passassem a ser considerados como ondas eletromagnéticas. Porém, por volta de 1920 foram realizados outros experimentos, que apontavam para um comportamento corpuscular dos raios X.
O físico Louis de Broglie tentou resolver este aparente conflito no comportamento dos raios X. Combinando as equações de Planck e de Einstein (E = h.ν = m.c²), chegou a conclusão de que "tudo o que é dotado de energia vibra, e há uma onda associada a qualquer coisa que tenha massa".^[1]

Características

 Produção

O dispositivo que gera raios X é chamado de tubo de Coolidge. Da mesma forma que uma válvula termiônica, este componente é um tubo oco e evacuado, ainda possui um catodo incandescente que gera um fluxo de elétrons de alta energia. Estes são acelerados por uma grande diferença de potencial e atingem ao ânodo ou placa.
O ânodo é confeccionado em tungstênio. A razão deste tipo de construção é a geração de calor pelo processo de criação dos raios X. O tungstênio suporta temperaturas que vão até 3340 °C. Além disso, possui um razoável valor de número atômico (74) o que é útil para o fornecimento de átomos para colisão com os elétrons vindos do catodo (filamento). Para não fundir, o dispositivo necessita de resfriamento através da inserção do tungstênio em um bloco de cobre que se estende até o exterior do tubo de raios X que está imerso em óleo. Esta descrição refere-se ao tubo de anodo fixo.
Ao serem acelerados, os elétrons ganham energia e são direcionados contra um alvo; ao atingi-lo, são bruscamente freados, perdendo uma parte da energia adquirida durante a aceleração. O resultado das colisões e da frenagem é a energia transferida dos elétrons para os átomos do elemento alvo. Este se aquece bruscamente, pois em torno de 99% da energia do feixe eletrônico é dissipada nele.
A brusca desaceleração de uma carga eletrônica gera a emissão de um pulso de radiação eletromagnética. A este efeito dá-se o nome de Bremsstrahlung, que significa radiação de freio.
As formas de colisão do feixe eletrônico no alvo dão-se em diferentes níveis energéticos devido às variações das colisões ocorridas. Como existem várias formas possíveis de colisão devido à angulação de trajetória, o elétron não chega a perder a totalidade da energia adquirida num único choque, ocorrendo então a geração de um amplo espectro de radiação cuja gama de frequências é bastante larga, ou com diversos comprimentos de onda. Estes dependem da energia inicial do feixe eletrônico incidente, e é por isso que existe a necessidade de milhares de volts de potencial de aceleração para a produção dos raios X.

 Detecção

A detecção dos raios X pode ser feita de diversas maneiras, a principal é a impressão de chapas fotográficas que permite o uso medicinal e industrial através das radiografias. Outras formas de detecção são pelo aquecimento de elementos à base de chumbo, que geram imagens termográficas, o aquecimento de lâminas de chumbo para medir sua intensidade, além de elementos que possuem gases em seu interior à exemplo da válvula Geiger-Müller utilizada para a detecção de radiação ionizante e radiação não ionizante. Podendo ainda ser difratado através de um cristal e dividido em diversos espectros de onda. Sensores (Foto transistores ou foto diodos) captam uma ou algumas faixas de espectro, e são amplificados e digitalizados, formando imagens. Esse último processo (difração de raios X, por cristais) é comumente utilizado em equipamentos de inspeção de bagagens e cargas.

 Medicina

Na medicina os raios X são utilizados nas análises das condições dos órgãos internos, pesquisas de fraturas, tratamento de tumores, câncer (ou cancro), doenças ósseas, etc.
Com finalidades terapêuticas os raios X são utilizados com uma irradiação aproximada de cinco mil a sete mil Rads, sobre pequenas áreas do corpo, por pequeno período de tempo.
No Brasil, os raios X do pulmão para fins diagnósticos de tuberculose pulmonar são chamados de abreugrafia, que se trata de uma incidência sobre uma pequena área do pulmão.

 Exposição

A tolerância do organismo humano à exposição aos raios X é de 0,1 röntgen por dia no máximo em toda a superfície corpórea. A radiação de um röntgen produz em 1,938x10 ^{− 3} gramas de ar, a liberação por ionização, de uma carga elétrica de 3,33x10 ^{− 3}C.

 Efeitos somáticos da radiação

No ser humano a exposição continua aos raios X podem causar vermelhidão da pele, queimaduras por raios X ou em casos mais graves de exposição, mutações do DNA, morte das células e/ou leucemia.

 Pesquisa de materiais

Na indústria, os raios X são utilizados no exame de fraturas de peças, condições de fundição, além de outros empregos correlatos. Nos laboratórios de análises físico-químicas os raios X têm largo espectro de utilização.

 Natureza eletromagnética

Os raios X propagam-se à velocidade da luz, e como qualquer radiação eletromagnética estão sujeitos aos fenômenos de refração, difração, reflexão, polarização, interferência e atenuação. Sua penetrância nos materiais é relevante, pois todas as substâncias são transparentes aos raios X em maior ou menor grau.
Em algumas substâncias como compostos de cálcio e platinocianeto de bário, os raios X geram luminescência. Esta radiação ioniza os gases por onde passa. A exemplo da luz visível, não é desviado pela ação de campos elétricos ou magnéticos. Desloca-se em linha reta, sensibiliza filmes fotográficos, além de descarregar os objetos carregados eletricamente, qualquer que seja a polaridade (sendo uma característica não totalmente confirmada a de descarregar eletricamente os objetos).

ILUÇÃO DE OPTICA

Ilusão de óptica

O termo Ilusão de óptica ^{(português europeu)} ou Ilusão de ótica ^{(português brasileiro)} aplica-se a todas ilusões que "enganam" o sistema visual humano fazendo-nos ver qualquer coisa que não está presente ou fazendo-nos vê-la de um modo errôneo. Algumas são de carácter fisiológico, outras de carácter cognitivo.
As ilusões de óptica podem surgir naturalmente ou serem criadas por astúcias visuais específicas que demonstram certas hipóteses sobre o funcionamento do sistema visual humano

Uma explicação possível das muitas ilusões ópticas

A explicação possível das ilusões óticas é debatida extensamente. No entanto, os resultados da investigação mais recente indicam que as ilusões emergem simplesmente da assinatura do modo estatístico e empírico como todos os dados perceptivos visuais são gerados.
Os circuitos neuronais do nosso sistema visual evoluem, por aprendizagem neuronal, para um sistema que faz interpretações muito eficientes das cenas 3D usuais, com base na emergência no nosso cérebro de modelos simplificados que torna muito rápida e eficiente essa interpretação, mas causam muitas ilusões ópticas em situações fora do comum. Como uma imagem em diferentes diâmetros.
O que vemos é sempre, em certa medida, uma ilusão. A nossa imagem mental do mundo só vagamente tem por base a realidade. Porque a visão é um processo em que a informação que vem dos nossos olhos converge com a que vem das nossas memórias. Os nomes, as cores, as formas usuais e a outra informação sobre as coisas que nós vemos surgem instantaneamente nos nossos circuitos neuronais e influenciam a representação da cena. As propriedades percebidas dos objetos, tais como o brilho, tamanho angular, e cor, são “determinadas” inconscientemente e não são propriedades físicas reais. As ilusões surgem quando os “julgamentos” implícitos na análise inconsciente da cena entram em conflito com a análise consciente e raciocinada sobre ela.
A interpretação do que vemos no mundo exterior é uma tarefa muito complexa. Já se descobriram mais de 30 áreas diferentes no cérebro usado para o processamento da visão. Umas parecem corresponder ao movimento, outras à cor, outras à profundidade (distância) e mesmo à direção de um contorno. E o nosso sistema visual e o nosso cérebro tornam as coisas mais simples do que aquilo que elas são na realidade. E é essa simplificação, que nos permite uma apreensão mais rápida (ainda que imperfeita) da «realidade exterior», que dá origem às ilusões de óptica.

Algumas ilusões de óptica

Diga as cores do texto e não o que está escrito.

Amarelo	Verde	Vermelho
Azul	Preto	Rosa
Laranja	Marrom	Cinza
Roxo	Branco	Vermelho

Olhe fixamente para o ponto central e a sombra desaparecerá.

Todas as linhas são retas.

Porque a agua apaga o fogo

O fogo é formado de calor, oxigênio e combustível (o material que está queimando), sem um desses itens o fogo deixa de existir, ou seja, apaga! Só que, é impossível eliminarmos o material que esta sendo queimado, retirar o oxigênio do ar também, então a única forma de apagar o fogo é retirando o calor existente na reação. Ou seja, ele pode ser apagado resfriando o material incendiado.

Assim, a água, que quando entra em contato com o objeto em chamas se transforma em vapor. Para transformar a água em vapor, o objeto perde calor. Primeiro o objeto cede calor para a água provocando um aumento em sua temperatura, depois, a água entra em ebulição e se transforma em vapor. Assim, a água acaba esfriando o corpo aquecido. Como o vapor produzido ocupa um espaço centenas de vezes maior em volume do que a água que o produziu, ele envolve o objeto e impede a renovação do ar. Sem o ar (Oxigênio) a combustão é impossível, ou seja, não haverá fogo. Estes processos ocorrem ao mesmo tempo, claro!

Porém, a água não apaga todos os tipos de fogo, somente o da classificação A. O fogo é classificado em 3 classes: A, B e C. O fogo classe C é o ocorrido em equipamentos elétricos e a água ou qualquer equipamento que possua água não pode ser usado enquanto existir energia, por isso é usado o pó químico (CO2). O fogo classe B é o originado em combustíveis, tipo óleo, gasolina, querosene, álcool, e esse devem ser extinto por abafamento, normalmente utilizando o pó químico ou espuma química. O fogo de classificação A é o único que pode ser usado com água, pois esta vai reagir com o processo de resfriamento. Esse fogo normalmente é originado em materiais sólidos como madeira, tecido, papéis entre outros.

A TEMPERATURA

Colegio Estadual Professor Fernando Antonio Raja Gabaglia
Nomes: Ester, Valesca, Sival
Turma : 1004

Escalas termométricas

Devemos evitar a confusão entre os conceitos de temperatura e calor. Calor é uma forma de energia que aparece devido a um diferencial de temperatura. São conceitos relacionados, mas não representam - sob o ponto de vista da Física - a mesma coisa.

Instrumentos de medida

O princípio da dilatação térmica é o fundamento das construções de termômetros a gás e líquido: quando um corpo sofre variação em sua temperatura, ele aumenta ou diminui de volume.

Os tipos de termômetros mais antigos funcionavam utilizando um gás ou um líquido, álcool ou mercúrio principalmente. Ainda hoje, termômetros como os de mercúrio (aqueles que temos em casa) são muito comuns: medem a temperatura do corpo (termômetro clínico) e a temperatura ambiente. O mercúrio é adequado porque é uma substância bem sensível às variações de temperatura, permitindo uma fácil leitura, mesmo para pequenas variações.

Os termômetros de mercúrio são construídos com um tubo capilar de vidro, onde fica o líquido. O mercúrio se expande ou se contrai, conforme a temperatura varia, indicando essa dilatação numa escala construída acima ou abaixo do tubo.

Os termômetros do tipo clínico possuem na ponta um bulbo metálico. É esse bulbo que é usado para contato com o corpo, a fim de aguardar o equilíbrio térmico (para a correta indicação da temperatura).

Existem outros tipos de termômetros, que utilizam outros princípios de construção e funcionamento: bimetálico, magnético, de radiação, termopar, de resistência elétrica - e também termômetros a gás.

Escalas termométricas

As escalas mais usuais atualmente são a Celsius (^oC), a Fahrenheit (^oF) e a Kelvin (K). Cada uma delas adota pontos fixos diferentes: a Celsius é amplamente usada na maior parte dos países, a Fahrenheit é ainda usada nos EUA, e a Kelvin é uma escala absoluta, de uso mais técnico e científico.

É possível escrever expressões matemáticas para fazer a conversão entre as escalas. Observe na figura abaixo os pontos fixos em que se baseiam as escalas Celsius e Fahrenheit. Já a escala Kelvin adota como origem o zero absoluto, que é o estado térmico em que as moléculas estão desprovidas de energia.
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Expressões para conversão de temperaturas

Partindo da relação entre os pontos fixos das escalas, podemos deduzir relações de transformação entre elas:

Tc = temperatura em Celsius
T_k = temperatura em Kelvin
T_F = temperatura em Fahrenheit
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