Espectroscopia óptica de baixo custo: uma estratégia para a introdução de conceitos de física quântica no ensino médio

• Published in: Revista Brasileira de Ensino de Física 2019, Vol.41 (4)
• Main Authors: Azevedo, Aissa L., Sousa, Anderson K.S., Castro, Tiago J.
• Format: Article
• Language: Portuguese
• Subjects: low cost experiments; optical spectroscopy; Physics teaching
• ISSN: 1806-1117; 1806-9126; 1806-1117
• DOI: 10.1590/1806-9126-rbef-2018-0349

Resumo Neste artigo, reportamos a confecção e discutimos a aplicabilidade de um espectrômetro óptico de baixo custo como recurso didático para a introdução de conceitos de Física Quântica no ensino médio. O protótipo foi desenvolvido usando grade de difração comercial, lentes convergentes (lupas), webcam e o software Tracker para extração dos dados. Espectros de emissão de fontes luminosas, como lâmpada fluorescente, LEDs e lasers, foram coletados e suas potencialidades para subsidiar a introdução dos conceitos de níveis eletrônicos, banda de energia proibida (band gap), emissão e absorção de fótons, etc., foram exploradas. Propomos também uma atividade experimental com base na fotoexcitação de LEDs para tratar da relação entre energia do fóton e seu comprimento de onda. Além disso, mostramos que o protótipo pode ser satisfatoriamente empregado para a obtenção de espectros de absorção, os quais podem ser usados como elemento motivador para o estudo da interação entre radiação e matéria. Por fim, à luz dos resultados encontrados, discutimos a aplicação da espectroscopia óptica como uma estratégia para atender às diretrizes dos Parâmetros Curriculares Nacionais brasileiros quanto à inserção da Física Quântica na educação básica. Abstract In this paper, we report the production and discuss the applicability of a low cost optical spectrometer as a didactic resource for the introduction of Quantum Physics concepts in high school. The prototype was developed using commercial diffraction grating, convergent lenses (magnifying glass), webcam and the software Tracker for data extraction. Emission spectra of light sources, such as fluorescent lamps, LEDs and lasers, were collected and their potentialities to support the introduction of the concepts of electronic levels, band gap energy, emission and absorption of photons, etc., were explored. We also propose an experimental activity based on LED photoexcitation to treat the relationship between photon energy and its wavelength. In addition, we showed that the prototype can be satisfactorily used to obtain absorption spectra, which can be used as a motivating element for the study of the interaction between radiation and matter. Finally, in the light of the results obtained, we discussed the application of optical spectroscopy as a strategy to reach the recommendations of the Brazilian National Curricular Parameters regarding the insertion of Quantum Physics in basic education.