Guia do Cubo de “Leslie”

Paulo Silva, Gambelas, Janeiro de 2005
Guia do Cubo de “Leslie”
Introdução
Todo e qualquer corpo acima de 0o K emite radiação electromagnética. A
intensidade da radiação emitida depende da temperatura absoluta do corpo sendo que a
curva da intensidade em função do comprimento de onda I( ) em função do  é
designada por radiância espectral, é suave passando por um máximo. Este máximo
desloca-se com a temperatura crescente para ´s cada vez menores. À medida que o
corpo aquece a radiação emitida vai variando do infravermelho intenso, ao amarelo até
ao branco. A explicação correcta da emissão de radiação electromagnética a partir do
corpo aquecido necessita além do conhecimento do electromagnetismo clássico da
hipótese da quantização, introduzida por Planck em 1900. A radiância total integrada
(de  zero até  ) obedece à Lei de Stefan-Boltzmann:
E =  . T4 ,
onde
 = 5,67 x 10 -8 W/ m2 K4
é a constante de Stefan- Boltzmann e a temperatura absoluta aparece na quarta potência.
No caso de corpos reais aquecidos mergulhados num meio também à
temperatura diferente de 0o K a Lei de Stefan- Boltzmann pode ser alterada para:
E = s ( T14 - T24 ) ,
onde s é uma constante que depende do corpo(especialmente da forma e tipo de
superfície) e do ambiente, T1 é a temperatura do corpo e T2 é a temperatura do
ambiente.
Nesta experiência vai-se investigar a Lei de Stefan - Boltzmann usando para tal
o cubo de Leslie, o qual possui superfícies emissoras diferentes: preta, branca, fosca e
metálica, este cubo pode ser aquecido internamente com uma lâmpada incandescente
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Paulo Silva, Gambelas, Janeiro de 2005
comum ou como neste caso com a introdução no seu interior de um liquido com
temperatura superior á do próprio cubo. Este cubo servirá como corpo emissor de
radiação infravermelha.
Para se detectar a radiação infravermelha vai-se usar um detector tipo
termopilha. Este detector detecta a radiação infravermelha com um comprimento de
onda desde 0,5 a 40  m. A voltagem produzida pelo sensor é proporcional à radiação
que incide no mesmo menos a radiação que o abandona. Este detector pode ser ligado
directamente a um microvoltímetro, ou como é o caso ligando-se previamente a um
amplificador e deste a um voltímetro (V/AC).
Procedimento experimental
1) Mede-se a temperatura do cubo antes de aquecê-lo. Note-se que quando a
temperatura do emissor e do detector for igual não se detecta radiação.
2) Aquecesse o cubo introduzindo-se água a ferver no seu interior. Deixa-se estabilizar.
Antes de se medir a emissão deve-se colocar uma questão: Qual superfície que emite
radiação ultravioleta mais intensa: a preta, a branca, a fosca ou a metálica?
3) seguidamente responde-se à pergunta com os valores obtida com a experiência. É
necessário colocar a superfície emissora e o detector sempre no mesmo Plano
geométrico!
4) Seleccione-se a superfície mais emissora e meça-se o sinal do detector
5) Pelote o resultado da sua experiência. Usando-se um programa, que pode ser o
programa Origin ou outro semelhante, Plota-se VD a voltagem medida com o detector
contra T4 - Tamb4. Veja-se se funciona a Lei de Stefan- Boltzmann.
6) Seguidamente coloca-se a mão em frente do detector na mesma distância com a qual
se médio a radiação emitida pelo cubo. Meça o sinal. A partir do gráfico anteriormente
obtido pode-se estimar a temperatura da sua mão.
7) O detector pode ser usado para medir outras temperaturas no laboratório. Lâmpadas
por exemplo. Um cubo de gelo ou uma latinha de refrigerante gelado.
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Paulo Silva, Gambelas, Janeiro de 2005
Montagem alternativa
Fig. 1. montagem alternativa à proposta neste guia, com a utilização de uma placa térmica para
aquecimento do ar dentro do cubo e recorrendo-se á utilização de um microvoltímetro.
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