EDUCAÇÃO
NOSSA nona palestra é sobre o tema Luz. O problema e a solução aqui estão associados à engenharia, matemática, tecnologia e ciência que são enfrentadas e tentam ser resolvidas no mundo real.
As áreas que serão abordadas nesta palestra incluirão conteúdos da enciclopédia Stempedia (Ciência, Tecnologia, Engenharia e Matemática) sobre lentes do olho e distâncias focais. Também incluirá potência óptica e distância focal.
Além disso, incluirá a evolução de instrumentos astronômicos, lentes convexas e côncavas, bem como o índice de refração celular para biologia.
Nossa palestra sobre problemas e respostas também abrangerá células solares orgânicas usadas em negócios ecológicos com tipos de transmissão de ondas, reflexões, refrações, difração, absorção e espalhamento.
Informação é poder. Quando passarmos pelas áreas acima nesta palestra sobre problema e solução, muitas ideias e informações serão reveladas aqui. Quando alguém tenta se aprofundar nelas, muitas descobertas cativantes podem ser feitas.
Diferenças no comportamento da luz em lentes convexas e côncavas
As lentes do olho e a distância focal estão entre as áreas mais importantes do olho para a formação das imagens que proporcionam a visão de uma pessoa. As lentes do olho acomodam ou focam os raios na retina. Basicamente, elas refratam os raios de luz ao redor da córnea para se encontrarem na retina.
Portanto, a córnea e as lentes curvam a luz para focar na retina, o que é como um ajuste fino para evitar visão borrada. A distância focal é a distância entre a lente do olho e o ponto onde todos os raios paralelos de luz se encontram e formam uma imagem muito nítida.
O poder óptico de uma lente é a capacidade da lente de curvar a luz para trazê-la ao foco. Pode ser tanto raios convergentes quanto raios divergentes. Nos índices de refração das células, analisamos como as células podem desacelerar os raios e, portanto, curvá-los em comparação com a refração da luz para o ar.
Existem células solares orgânicas que são especialmente feitas de plásticos. Elas funcionam muito similarmente ao silício. Um elétron é deslocado de sua posição por uma luz através de um campo elétrico. O elétron é direcionado a fluir enquanto as lacunas fluem na direção oposta, o que permite que a eletricidade flua através.
Células solares orgânicas duram períodos de tempo mais curtos, como cinco a 10 anos, enquanto o silício dura de 20 a 25 anos. Existe um custo elevado na produção de silício, que tem uma pegada de carbono maior do que as células solares orgânicas.
Quando qualquer onda — luz, som, água, rádio — atinge um material ou obstáculo, ela não para simplesmente. Ela interage. Existem seis maneiras fundamentais pelas quais as ondas se comportam:
1. Transmissão: A onda passa diretamente através de um meio com pouca ou nenhuma mudança na direção. O meio permite que a energia da onda passe por ele. Exemplo: Luz visível passando por vidro transparente. Ondas de rádio passando pelo ar. Som passando pela água. A regra é, isso ocorre quando o meio é 'transparente' para aquela onda. Se o meio absorve pouca energia, a maior parte é transmitida.
Equação para observar: T + R + A = 1 → Energia Transmitida + Refletida + Absorvida = 100 por cento
2. Reflexão: A onda rebate de uma superfície e retorna ao meio original. A ideia principal é Ângulo de entrada = Ângulo de saída. "Lei da reflexão". Tipos: – Especular: Superfície lisa → espelhada. Exemplo: luz refletida por um espelho – Difusa: Superfície áspera → dispersa em muitas direções. Ex: luz refletida por papel. Exemplo: Ecos = reflexão sonora. Ver a si mesmo em uma janela à noite.
3. Refração: A onda se curva ao passar de um meio para outro com velocidade diferente. A ideia central aqui é: a velocidade muda → a direção muda. A lei obedecida aqui é a Lei de Snell. Exemplo: Um palito parece 'curvo' na água. Lentes focam a luz porque o vidro tem n=1,5 vs ar n=1,0. Caso especial: Reflexão Interna Total → usada em fibras ópticas.
Uma lente biconvexa.
4. Difração: A onda se curva ao redor de obstáculos ou se espalha após passar por uma abertura. A ideia central aqui é 'as ondas preenchem o espaço atrás das barreiras'. Quanto menor a abertura em relação ao comprimento de onda, maior o espalhamento. A condição é que ela é forte quando o tamanho do obstáculo ≈ comprimento de onda. Exemplo: Som contornando uma esquina para que você ouça alguém. Luz criando padrões de arco-íris através de um CD. Ondas de rádio difratando ao redor de prédios. Isso importa porque você pode ouvir ao redor das esquinas, mas não pode ver ao redor delas porque o comprimento de onda da luz é muito pequeno.
5. Absorção: A energia da onda é absorvida pelo meio e convertida em outra forma, geralmente calor. Sua ideia principal aqui é que a energia é perdida da onda. Por exemplo, camisa preta absorvendo luz solar → fica quente. Forno de micro-ondas absorvendo ondas de 2,4 GHz em moléculas de água. Células solares absorvendo fótons. A regra depende da frequência. Ozônio absorve UV. O vidro absorve IR. A água absorve som em altas frequências. Lei de Beer-Lambert: A intensidade diminui exponencialmente com o aumento da espessura.
6. Espalhamento: Esta é a onda que é absorvida e depois reemitida em muitas direções aleatórias por partículas no meio. A ideia principal é que é como reflexão, mas de muitas pequenas partículas dentro do material. Os tipos incluem – Espalhamento de Rayleigh: Partículas << comprimento de onda. Espalha λ mais curto com mais intensidade. Ex: Céu azul — as moléculas do ar espalham a luz azul 16 vezes mais que a vermelha. – Espalhamento de Mie: Partículas ≈ comprimento de onda. Espalha todas as cores igualmente, resultando em nuvens brancas e neblina. Por exemplo: Por que o céu é azul e os pôr-do-sol são vermelhos e, além disso, por que os faróis parecem nebulosos na neblina.
Vamos agora ir direto à nossa pergunta e solução para nossa lição sobre luz hoje.
Pergunta: A lente do olho humano tem distância focal f = 0,02 m quando focado em uma estrela distante. Um telescópio usa uma lente convexa + lente côncava. Uma célula solar orgânica utiliza materiais com índice de refração n = 1,7.
1. Qual é o poder óptico da lente do olho?
2. Que tipo de lente é a lente do olho + que tipo de lente corrige miopia?
3. Qual instrumento astronômico usa lentes como esta?
4. Se a luz tem 500 nm no ar, qual é o comprimento de onda na célula solar?
5. Cite dois tipos de transmissão de ondas.
Solução:
1. Potência óptica + distância focal: P = 1/f em dioptrias, f em metros
P = 1/0,02 = 50 D
2. Tipos de lentes: Lente do olho = lente convexa/convergente. Miopia = não consegue ver de longe, corrigida com lente côncava/divergente.
3. Instrumentos astronômicos: Um telescópio refrator usa uma lente objetiva convexa + lente ocular para ampliar objetos distantes como estrelas.
4. Índice de refração + comprimento de onda: λ = ar/n = 500 nm / 1,7 ≈ 294 nm
Um n maior desacelera a luz, portanto o comprimento de onda diminui. Células solares orgânicas usam isso para prender a luz.
5. Tipos de transmissão de ondas: Reflexão = a onda volta, Refração = a onda se curva ao passar entre meios. Também absorção e transmissão.
Resposta: potência de 50 D. Lente do olho = convexa, miopia = côncava. Telescópio refrator. λ ≈ 294 nm na célula solar. As ondas transmitem via reflexão e refração. Por favor, note que o Stempedia contém o corpo de conhecimento para este exemplo resolvido, bem como o próprio exemplo resolvido**
Próxima semana: Radioatividade
Louvor e adoração para hoje: "Eu, o Senhor do vento e da chama, enviarei os pobres e coxos. Prepararei uma festa para eles. Minha mão salvará. O melhor pão eu fornecerei. Até que seus corações sejam satisfeitos. Eu darei a Minha vida a eles. A quem enviarei? ……
• Michael Uglo é o autor da enciclopédia Stempedia (Ciência, Tecnologia, Engenharia e Matemática) e ex-chefe do departamento de engenharia aeronáutica e piloto automático, além de professor de Avionics. Telefone: 71959584/83745606. E-mail: [email protected]
