Que espécie de radiação é esta? Como podemos usá-la? Como podemos produzir raios ultravioleta? Tudo isso será explicado neste artigo. Os raios ultravioleta, da mesma forma que os raios infravermelhos, encontram uma grande quantidade de aplicações práticas na eletrônica, algumas muito interessantes.
Este artigo é de 1987. No site podem ser encontradas outras versões sobre o mesmo tema.
Todos sabem que a luz visível é forma de radiação que consiste em ondas eletromagnéticas de curtíssimo comprimento de onda e que se propagam no vácuo a uma velocidade próxima de 300 mil quilômetros por segundo.
De nada difere a luz das ondas de rádio comum, exceto pelo seu comprimento de onda menor e pela sua capacidade de ser detectada pelos sensores naturais que são nossos olhos.
A luz branca, na verdade, é uma mistura de todas as cores e cada cor é diferenciada pela sua frequência ou, o que é a mesma coisa, pelo comprimento de onda.
Para medir os comprimentos de onda de uma radiação de tão alta frequência é comum usarmos uma unidade chamada Angstrom, cuja abreviatura é A, e que equivale à milionésima parte do milímetro ou 10-10 metros.
Na figura 1 temos então uma disposição que mostra as faixas de luz de diversas cores que podemos ver.
Passando um feixe de luz branca (do Sol, por exemplo) por um prisma de cristal, os diferentes comprimentos de onda se refratam de modo diferente, desviando assim para pontos distintos num anteparo. Isso faz com que a luz seja decomposta e apareçam raios de diversas cores. (figura 2)
Em 1800 o físico inglês William Hershel, fazendo experiências com um termômetro para verificar quais os comprimentos de onda de luz de diversas cores produziam maior ou menor quantidade de calor, observou um fato interessante: mesmo colocando o termômetro abaixo do ponto onde incidia a última cor visível, o vermelho, ainda havia aquecimento, mostrando que alguma espécie de radiação existia naquele local.
Esta radiação invisível para nós recebeu o nome de “infravermelho" (infra = abaixo, por ter menor frequência que o vermelho).figura 3.
Posteriormente, no ano de 1801, o cientista alemão J. W. Ritter realizou uma experiência igualmente interessante envolvendo a luz decomposta por um prisma. (figura 4)
Ritter colocou no ponto em que incidia a luz decomposta por um prisma um pedaço de papel molhado em cloreto de prata.Como se sabe, o cloreto de prata escurece quando exposto a luz, exatamente como uma chapa fotográfica.
Quando Ritter examinou o pedaço de papel, verificou com surpresa que ele havia escurecido mesmo num local que estava além da última cor decomposta, o violeta, mostrando que ali havia alguma espécie de radiação incidindo. Ritter chamou as radiações que incidiam naquele local de ultravioleta (ultra = além).
Hoje sabemos que o espectro visível é apenas uma parcela muito pequena do espectro que inclui todas as ondas eletromagnéticas existentes.
Assim, abaixo do vermelho temos a faixa muito ampla do infravermelho, conforme mostra a figura 5, e acima do violeta temos não só os raios ultravioleta, como também depois os raios X, os raios gama e finalmente os raios cósmicos.
Quando nos deslocamos da esquerda para a direita neste gráfico, vamos encontrando radiações cada vez mais ”penetrantes" no sentido de que suas unidades carregam mais energia. Do mesmo modo que usamos o átomo como “unidade” de matéria, ou seja, a menor partícula de matéria, também usamos um termo para indicar as menores porções de energia: o quantum (no plural quanta).
Assim, os raios ultravioleta são mais energéticos do que os raios de luz visível porque seus ”quanta" de energia são maiores. O fato da luz ou radiação ultravioleta ser mais energética que a luz comum visível, e ainda o fato de não a podermos ver, confere-lhe propriedades bastante interessantes:
PROPRIEDADES DA LUZ ULTRAVIOLETA
As propriedades básicas dos raios ultravioleta são as mesmas da luz comum como: propagação em linha reta com velocidade de 300 000 km por segundo no vácuo e possibilidade de atravessar certos objetos como, por exemplo, o quartzo. Veja que a radiação ultravioleta não consegue atravessar muito bem o vidro comum, mas pode passar facilmente pelo quartzo.
Outras propriedades no entanto são um pouco diferentes e é delas que falaremos a seguir:
A primeira propriedade interessante é a que torna os raios ultravioleta capazes de excitar determinados materiais obrigando-os a emitir radiação de menor frequência. Temos então uma fluorescência. (figura 6)
Incidindo em certos materiais, a radiação ultravioleta consegue deslocar elétrons dos átomos, os quais saltam para niveis superiores de energia, ou seja, para órbitas mais afastadas dos núcleos.
Quando os elétrons voltam para o nível original eles não o fazem num único salto, mas em dois saltos que correspondem a emissões de radiações de menor energia. O resultado é que uma destas energias ou mesmo as duas podem corresponder à luz visível.
Assim, fazendo incidir um feixe de raios ultravioleta num material destes, ele ”converterá" a radiação ultravioleta em luz visível, brilhando no escuro, pois não poderemos ver a fonte original. (figura 7)
Um exemplo deste fenômeno é bem conhecido dos leitores que frequentam bailes: a luz negra.
A luz negra é simplesmente uma lâmpada de ultravioleta. Incidindo em certos objetos como, por exemplo, certas fibras de roupas (camisetas), nos botões, dentes etc. ocorre o fenômeno da fluorescência e os objetos se tornam brilhantes no escuro! O pouco que podemos ver da ”luz negra" é uma pequena parcela de radiação que cai na região da luz violeta e que podemos perceber.
A luz ultravioleta por sua elevada energia pode também estimular reações químicas e mesmo causar danos a seres vivos quando em grande quantidade.
Usamos poderosas fontes de luz ultravioleta para acelerar processos químicos, pois a energia atuará diretamente sobre as moléculas das substâncias que devem reagir.
No caso dos seres vivos, a energia elevada desta radiação pode causar a destruição de moléculas orgânicas vitais para os seres vivos.
Um banho de radiação ultravioleta pode matar bactérias de um alimento, sendo esta usada como bactericida.
O Sol é uma fonte poderosa de raios ultravioleta. No entanto, a maior parte destes raios é bloqueada pela própria atmosfera que é quase opaca a esta radiação. (figura 8)
Assim, entre 10 horas da manhã e duas da tarde, quando o Sol se encontra alto no horizonte, temos uma penetração maior dos raios ultravioleta, o que não ocorre quando o Sol se encontra mais baixo no horizonte. É por este motivo que os banhos de Sol neste horário são perigosos podendo causar queimaduras: a radiação ultravioleta é prejudicial quando em grande quantidade.
FONTES DE ULTRAVIOLETA
Além do Sol, existem diversas fontes de raios ultravioleta, algumas das quais ao nosso alcance.
Uma delas é a lâmpada fluorescente de raios ultravioleta que consiste num. tubo cheio de gás que se ioniza quando uma corrente elétrica o atravessa. (fig. 9)
Nota: hoje podemos contar com LEDs ultravioletas, conforme explicamos em montagem de lanterna neste mesmo site.
A ionização leva os elétrons a níveis superiores de energia e, ao voltarem ao nível normal, provocam a emissão de radiação, uma boa parte no espectro da radiação ultravioleta.
Basta então cobrir o vidro desta lâmpada com uma substância que dê passagem a esta radiação, bloqueando as demais que eventualmente estejam no espectro visível para que tenhamos uma fonte de raios ultravioleta.
Corpos quentes também emitem radiação ultravioleta, se bem que, conforme mostra a figura 10, o espectro nesta faixa seja correspondente a uma energia total bem pequena.
Existem então lâmpadas incandescentes para ultravioletas, feitas com vidros especiais que facilitam a passagem deste tipo de radiação.
USOS DO ULTRAVIOLETA
Além das propriedades bactericidas, a luz ultravioleta pode também ser usada para apagar memórias (EPROMs) de computadores, na análise de alimentos, minérios, tecidos, papéis, dinheiro aplicações estas que analisaremos no nosso artigo de capa.
Revisado 2017
