Após as atividades descritas nas postagens anteriores, iniciamos as etapas para a construção do espectrômetro. Decidiu-se utilizar espectros de absorção para a análise do conteúdo de amostras de água, por se tratar de uma técnica simples e portanto de fácil reprodutibilidade em salas de aula. Medindo-se a absorção dos comprimentos de onda de um espectro contínuo, após sua passagem através de uma amostra, pode-se determinar a composição e a concentração das impurezas. Para isso é necessário fazer comparações com os resultados do mesmo ensaio feito em água pura. O tipo de comprimento de onda absorvido identificará o contaminante, e a intensidade de luz retirada do feixe inicial informará a concentração. Esses dados serão obtidos por meio de pesquisa na literatura especializada.
A decisão sobre o tipo de espectrômetro a ser construído demandou mais algumas experimentações. Utilizamos um espectroscópio didático e depois montamos um arranjo que projeta o espectro sobre uma superfície plana.
Efetuamos observações com o espectroscópio didático utilizando uma lâmpada de Mercúrio e uma rede de difração industrial. Localizamos as raias espectroscópicas, aprendendo a lidar com o sistema de medidas de ângulos. No caso de ser este o modelo escolhido, o Arduino seria programado para comandar o motor de passo que faria o deslocamento angular do detector de luz (um LDR).
Utilizando novamente a lâmpada de Mercúrio, experimentamos outro tipo de montagem. Neste, o espectro é projetado sobre uma superfície plana. O detector de luz (LDR) percorreria o espectro, indicando os pontos de maior intensidade luminosa.
Verificamos que os distanciamentos entre as raias eram pequenos demais, sendo insuficientes para as medições. A lâmpada de halogeno foi então substituída por uma ponteira laser vermelha, produzindo pontos luminosos com distanciamentos maiores.
Esses testes serviram para se trabalhar as idéias sobre o deslocamento do LDR, já que o espectro a ser utilizado é contínuo e não discreto. Neste tipo de arranjo o detector seria acoplado a um carro de scanner usado, equipamento barato e fácil de se obter. O motor de passo, controlado pelo Arduino, faria a movimentação do carro ao longo do espectro.
Tendo sido tomada a decisão de adotar para o espectrômetro o tipo que projeta o espectro sobre uma superfície plana, passamos a construir um modelo utilizando materiais simples.
Já que necessitamos de um espectro contínuo, testamos uma lâmpada fluorescente e uma de filamento. A intensidade luminosa da primeira mostrou-se insuficiente, por isso optamos por uma lâmpada de filamento de 150 W (110 V), que foi colocada dentro de uma lata cilíndrica (uma embalagem de achocolatado) no fundo da qual havia sido feito um recorte retangular. Para prover uma fenda de bordas retas e de largura ajustável, duas lâminas de barbear paralelas foram fixadas sobre cada lado do recorte por meio de ímãs.
Esse conjunto foi colocado dentro de uma caixa de papelão fechada, permitindo a saída do feixe luminoso por uma extremidade e da fiação da lâmpada pela outra.
Após focalização em uma lente convergente L, o feixe passava pela rede de difração R (um CD) incidindo sobre a "cubeta" C (um conta-gotas contendo a amostra líquida). O espectro resultante, do tipo contínuo, projetava-se sobre o anteparo A (uma placa de isopor).
Esquema do Modelo do Espectrômetro
Arranjo Experimental
Decidiu-se, por praticidade, que a placa de isopor se moverá ao longo do espectro, tendo sido fixados sobre a mesma tanto a "cubeta" quanto o LDR, cujas ligações atravessam o isopor e se ligam do outro lado ao Arduino.
Detalhe do arranjo experimental
Conta-gotas e LDR (disco escuro) fixados sobre o anteparo
Testes Preliminares
Os primeiros ensaios, feitos por inspeção visual com soluções de diversas densidades (contendo água e corantes alimentícios), mostraram-se inconclusivos. O deslocamento da placa de isopor foi feito manualmente, já que o motor e o scanner ainda não foram providenciados.
Conta-gotas contendo solução com corante alimentício vermelho
Próximas Etapas
1) Providenciar o carro de scanner e o motor de passo.
2) Aperfeiçoar o arranjo experimental.
3) Fazer a programação do Arduino.
4) Localizar os dados da literatura referentes à absorção de luz por contaminantes de soluções aquosas.
5) Efetuar testes de absorção com soluções variadas.
6) Elaborar material escrito para orientação das aplicações didáticas do espectrômetro.
Outras Atividades
1) Participação na palestra "O globo terrestre sob o olhar da Física", proferido no dia 09/11/2011 pela Professora Regina Pinto de Carvalho, da Universidade Federal de Minas Gerais.
2) Participação na "Semana Acadêmica da PUC - SP" / Sessão de Pôsteres - 11/11/2011
Pôster "Construção de um espectrômetro didático"
