RADIÔMETROSUm radiômetro consiste num dispositivo utilizado para medir a energia das radiações e queatualmente se compõe d...
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Explicação termodinâmica (movimento por fonte de radiação externa)            Para que qualquer máquina térmica funcione, ...
Movimento sem fonte externa de radiação           Quando o radiômetro é aquecido na ausência de uma fonte de luz, ele gira...
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pressão é menor que a raiz       quadrada da razão da temperatura absoluta. A diferença depressão      causa o movimento d...
É auto-programável e possui um detector de ofuscamento solar e um filtro de filmefino que precisamente combina o espectro ...
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Radiômetros - o que são radiômetros; tipos de Radiômetros; Crooke; Nicholson;

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Radiômetros

  1. 1. RADIÔMETROSUm radiômetro consiste num dispositivo utilizado para medir a energia das radiações e queatualmente se compõe de um bolômetro ou um par termoelétrico (termopar). O primeiro,denominado tubo de Crookes, criado pelo físico e químico inglês Sir William Crookes (1832-1919), era constituído por uma ampola na qual se tinha estabelecido o vácuo e em cujointerior se encontrava suspenso um molinete de quatro pás planas. As superfícies destas páseram pintadas de preto num dos lados e de branco no outro. Quando a radiação incide sobreelas, a face negra aquece mais do que a branca, fazendo com que as moléculas de ar nelarefletidas comuniquem uma maior reação do que sobre a branca, o que provoca uma rotação. TIPOS DE RADIÔMETROSRadiômetro de Crookes O Radiômetro de Crookes, também conhecido como light mill (moinho de luz,numa tradução literal) ou solar engine (motor solar, numa tradução literal), consiste de umvidro vedado contendo vácuo parcial. Dentro do vidro, há uma série de hélices que sãomontadas em um eixo. As hélices rodam durante o período em que expostas à luz. Aexplicação da rotação já foi amplamente debatida no meio científico.Foi inventado em 1873 pelo químico Sir William Crookes como subproduto de outraspesquisas na área de química . Durante um trabalho de química quantitativa, ele pesavaamostras numa câmara com vácuo parcial para reduzir os efeitos das correntes de ar, e deigual maneira percebeu que os pesos eram alterados durante o período em que a luz solarincidia na balança. Investigando este efeito, ele criou o dispositivo que levou seu nome. Éfabricado e de igual maneira vendido nos dias de hoje como um item curioso. Radiômetro de Crookes
  2. 2. Princípio de funcionamento O radiômetro é feito de um bulbo de vidro do qual é removido a maior parte do ar,formando vácuo parcial. Dentro do bulbo, em um eixo de pouco atrito, está um rotor comvárias (normalmente quatro) levíssimas hélices de metal igualmente espaçadas ao redor doeixo. As hélices são polidas ou brancas de um lado e de igual maneira pretas do outro.Durante o período em que expostas à luz solar, luz artificial ou radiação infravermelha (atémesmo o calor de uma mão igualmente nas proximidades pode ser o suficiente), as hélicesgiram sem força motriz aparente, com os lados claros avançando para a fonte de radiação.O resfriamento do radiômetro causa rotação em sentido contrário. O efeito começa a ser perceptível em pressões de vácuo parcial da ordem depoucos milímetros de mercúrio (torr), atinge um pico ao redor de 10-2 torr e deigual maneira desaparece durante o período em que o vácuo atinge 10-6 torr. Nesses vácuosextremos, o efeito da pressão de radiação do fóton igualmente nas hélices podeser percebido em aparelhos sensíveis, mas este efeito é insuficiente para causar rotação. Apesar de possuir o elemento lingüístico "-metro" (radiômetro), um radiômetro nãopode ser utilizado, por si só, para obter nenhuma medida. Um instrumento que meça a suarotação pode, no entanto, ser obtido usando um disco girante, que funciona como umestroboscópio simples. A luz de um estroboscópio óptico alteraria a medida. Radiômetros de Crookes são vendidos usualmente ao redor do mundo como umornamento doméstico, sem necessidade de pilhas, funcionando apenas com luz, sendo que,luz forte é capaz de fazê-lo girar rapidamente. Há várias formas de radiômetros e de igualmaneira também são freqüentemente vistos em museus científicos para ilustrar a energia daluz e de igual maneira do calor.
  3. 3. Explicação termodinâmica (movimento por fonte de radiação externa) Para que qualquer máquina térmica funcione, deve haver uma diferença detemperatura. Neste caso, o lado escuro da hélice é mais quente que o outro lado, uma vez que,a energia radiante da fonte de luz aquece o lado negro por absorção do corpo negro maisrapidamente que o lado metálico ou branco. As moléculas internas de ar são "aquecidas"(apresentam um aumento de velocidade) durante o período em que tocam o lado escuro dahélice. A temperatura interna aumenta conforme o lado negro das hélices fornece calor paraas moléculas do vácuo parcial, mas elas são resfriadas novamente durante o período em queatingem a superfície de vidro, que está à temperatura ambiente. A perda de calor através dovidro mantém a temperatura interna controlada, de modo que, os dois lados da hélice podemmanter uma diferença de temperatura. O lado branco ou metálico das hélices élevemente mais quente que o ar interno, mas mais frio que os lados negrosdas hélices, pois uma parte de calor é conduzida através da hélice do lado negro. Os doislados de cada hélice devem permanecer termicamente isolados até certo grau para que o ladometálico ou branco não atinja a temperatura do lado negro imediatamente. Se as hélices sãofeitas de metal, a própria tinta branca ou negra pode servir como isolante. O vidropermanece mais perto da temperatura ambiente que o lado negro das hélices. Amaior pressão externa de ar facilita a remoção do calor do vidro. Um vácuo forte dentro do bulbo não causa movimento porque não há moléculas de arsuficientes para causar correntes de ar que movimentam as hélices e de igual maneiratransferir o calor para o exterior antes que os dois lados de cada hélice atinjam o equilíbriotérmico através de condução pelo material da hélice. Pressões interiores maiores não causammovimento porque as diferenças de temperatura não são suficientes para mover a maiorconcentração de ar. Há toneladas de resistência do ar para a ocorrência das correntes de ar. Oleve movimento do ar causado pela diferença de temperatura é bloqueado pela maior pressãoantes que o efeito se espalhe para o outro lado.
  4. 4. Movimento sem fonte externa de radiação Quando o radiômetro é aquecido na ausência de uma fonte de luz, ele gira parafrente (ou seja, com o lado negro avançando). Você pode colocar suas mãos próximas,porém sem tocar o vidro e de igual maneira ele também virará vagarosamente, ou quase nada,mas, se você tocar o vidro para aquecê-lo mais rapidamente, ele girará maisperceptivelmente. O vidro, aquecido diretamente, fornece radiação infravermelha osuficiente para virar as hélices, mas, se as mãos não tocam o vidro, ele bloqueia boa partedas radiações infravermelhas largas. As radiações infravermelhas curtas e deigual maneira a luz visível penetram no vidro mais facilmente. Se você resfriar o vidro rapidamente na ausência de uma fonte de luz forte colocandogelo no vidro, ele gira para trás (ou seja, com o lado branco / metálico avançando). Issodemonstra a radiação do corpo negro a partir também dos lados escuros das hélices, ao invésda absorção do corpo negro. Ele gira para trás porque o lado negro emite mais calore de igual maneira se resfria mais rapidamente do que o outro lado. A rotação dura apenas enquanto a temperatura do vidro cresce ou decresce rápido osuficiente para superar o atrito no eixo e de igual maneira mais rapidamente que a conduçãotérmica através das hélices, que causa o equilíbrio térmico dos dois lados de cada hélice.Explicações para a força igualmente nas hélices Crookes sugeriu, incorretamente, que a força era devida à pressão de radiação daluz. Essa teoria era originalmente apoiada por James Clerk Maxwell, que havia previsto essaforça. Essa explicação é vista freqüentemente em panfletos que acompanham o aparelho. Oprimeiro experimento que derrubou essa teoria foi o de Arthut Schuster em 1876, queobservou que havia uma força no bulbo de vidro do radiômetro de Crookes a qual era nadireção contrária à de rotação das hélices. Isso mostrou que a força movendo as hélices eragerada dentro do radiômetro. Se a pressão da luz era a causa da rotação, então, quanto melhoro vácuo no bulbo, menor a resistência do ar ao movimento, e de igual maneira mais rápido ashélices girariam. Em 1901, com uma bomba de vácuo melhor, Pyotr Lebedev mostrou que,na verdade, o radiômetro só funciona durante o período em que há gás em baixa pressão no
  5. 5. bulbo, e de igual maneira as hélices permanecem sem movimento em vácuos melhores.Finalmente, se a pressão da luz fosse a força motriz, o radiômetro giraria no sentido contrário,já que os fótons refletidos no lado claro depositariam mais momento que no lado escuro, ondeos fótons são absorvidos. A verdadeira pressão exercida pela luz, apesar de existente (e podeser medida com aparelhos como o radiômetro de Nichols ), é pequena para mover as hélices. Outra teoria incorreta era que o calor no lado escuro causava a emissãode gases do material, o que gerava o movimento. Esta teoria foi derrubadatanto pelos experimentos de Schuster e também pelos de Lebedev. Uma explicação parcial é que as moléculas de gás que atingem o lado mais quenteda hélice vão absorver parte do calor, ou seja, vão sair da hélice com um acréscimo develocidade. Esse acréscimo de velocidade significa um acréscimo de pressão exercidasobre a hélice. O resultado desse efeito entre o lado escuro, mais quente, e de igualmaneira o lado claro, mais frio, é uma pressão equivalente a um empurrão no ladoescuro e, como resultado, as hélices giram, com o lado escuro avançando. Oproblema com essa idéia é que as moléculas que se movem mais rapidamenteproduzem mais força, mas também são mais eficazes em diminuir a velocidadede outras moléculas e de igual maneira impedir que elas atinjam as hélices;logo, a força deveria ser a mesma - a temperatura maior causa um decréscimona densidade local que resulta na mesma força dos dois lados. Anos depoisque essa explicação tinha sido descartada, Albert Einstein mostrou queas duas pressões não se cancelam exatamente nas extremidade igualmente nas hélicespor causa da diferença de temperatura. A força predita por Einstein seriasuficiente para mover as hélices, mas não rápido o suficiente. A última peça do quebra-cabeças, transpiração térmica, foi teorizada por OsborneReynolds, mas publicada apenas por James Clerk Maxwell no seu último artigo antes de suamorte em 1879. Reynolds descobriu que, se um prato poroso é mantido mais quente deum lado que do outro, as interações entre as moléculas de gás e de igualmaneira o prato são tais que o gás fluirá através dos poros do lado mais frio para olado mais quente. As hélices de um radiômetro de Crookes típico não são porosas, maso espaço entre suas extremidades age como os poros do prato de Reynolds. Em média, asmoléculas movem-se do lado frio para o lado quente durante o período em que a razão da
  6. 6. pressão é menor que a raiz quadrada da razão da temperatura absoluta. A diferença depressão causa o movimento da hélice com o lado frio (branco) para frente. Ambas as explicações, de Einstein e de igual maneira de Reynolds, parecem causaro movimento do radiômetro de Crookes, apesar de não estar claro qual das duas épredominante.Radiômetro de Nichols O radiômetro de Nichols é um aparelho usado por Nichols e Hull em 1901 para medira pressão da radiação. Ele consiste em um par de pequenos espelhos prateados suspensos demaneira que a parte superior balance por uma fina fibra de quartzo dentro de um interior naqual a pressão do ar poderia ser regulada. A parte superior na qual a fibra estava anexadapoderia ser girada pela lado de fora por um imã. Um raio de luz era direcionado primeiro emum espelho e então para o outro, e a deflexão oposta observada com espelho e escala.Virando o sistema de espelhos a fim de receber luz no lado não prateado, a influencia do arno interior poderia ser determinada. Esta influencia foi encontrada para ser um mínimo, epara ter um valor quase negligenciável, para uma pressão de ar em torno de 16mm demercúrio. A energia radiante do raio incidente foi deduzida de seu efeito de aquecimentosobre um pequeno disco de prateado escurecido, o qual era tido para ser mais confiável que obolômetro quando usado pela primeira vez. Com esse aparelho os experimentadores foramcapazes de obter uma junção entre radiação computada e observada entre 0.6 de 1%.Radiômetro UV Hazard Mede a radiação UV – perigosa à saúde humana É um sistema radiométrico portátil que mede todos os tipos de lâmpadas UVA,UVB e UVC, visando detectar vazamento ao ambiente que possa gerar risco à saúdehumana. O radiômetro "UV Hazard" é um instrumento manual que além de medições decampo de radiação UV, mede também os seguintes raios considerados, internacionalmentecomo prejudiciais à saúde: "blue-light" e infravermelho.
  7. 7. É auto-programável e possui um detector de ofuscamento solar e um filtro de filmefino que precisamente combina o espectro da ação do UVA, UVB e UVC. Rejeitando totalmente a radiação fora da faixa de < 1 parte em 10,000, o radiômetro"UV Hazard" IL1430 fornece leituras instantâneas em mj/cm2 até J/cm2 ou em m w/cm2 atémw/cm2 em um mostruário LCD (conforme figura abaixo – radiômetro UV Hazard) e podeintegrar doses a cada comprimento de onda para obter a dose média/hora e o total dedoses/dia. Radiômetro UV Hazard Os radiômetros operam essencialmente segundo a lei de Stefan-Boltzmann. São ossistemas mais simples, neles a radiação é coletada por um arranjo óptico fixo e dirigida a umdetector do tipo termopilha ou do tipo semicondutor nos mais modernos, onde gera um sinalelétrico no caso da termopilha ou altera o sinal elétrico no caso do semicondutor. Como não possuem mecanismo de varredura próprio, o deslocamento do campo devisão instantâneo é realizado pela movimentação do instrumento como um todo. Osradiômetros são em geral portáteis, mas podem ser empregados também no controle deprocessos a partir de montagens mecânicas fixas ou móveis.

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