Herschel, em 1880, começou a escrever sobre a condensação da luz solar no foco de uma lente e queria verificar de que maneira os raios coloridos contribuem para o aquecimento. Para isso, ele projetou sobre um anteparo o espectro solar obtido com um prisma, colocou termômetros nas diversas faixas de cores e verificou nos dados obtidos que um dos termômetros iluminados indicou um aumento de temperatura maior para uma determinada faixa de frequências.
SAYURI, M.; GASPAR, M. B. Infravermelho na sala de aula. Disponível em: www.cienciamao.usp.br. Acesso em: 15 ago. 2016 (adaptado).
Para verificar a hipótese de Herschel, um estudante montou o dispositivo apresentado na figura. Nesse aparato, cinco recipientes contendo água, à mesma temperatura inicial, e separados por um material isolante térmico e refletor são posicionados lado a lado (A, B, C, D e E) no interior de uma caixa de material isolante térmico e opaco. A luz solar, ao entrar na caixa, atravessa o prisma e incide sobre os recipientes. O estudante aguarda até que ocorra o aumento da temperatura e a afere em cada recipiente.
Em qual dos recipientes a água terá maior temperatura ao final do experimento?
Esta questão avalia o conhecimento sobre o espectro eletromagnético e a descoberta da radiação infravermelha, reproduzindo o experimento histórico de Herschel.
Ao atravessar o prisma, a luz solar é decomposta em suas componentes visíveis, ordenadas da frequência mais baixa (vermelho) à mais alta (violeta). Contudo, a radiação solar não se limita ao espectro visível: imediatamente além do vermelho existe a radiação infravermelha, invisível ao olho humano, mas responsável pelo maior efeito de aquecimento térmico.
No arranjo da figura, o recipiente posicionado na extremidade correspondente ao vermelho do espectro é o que recebe, além da luz vermelha, a maior incidência de radiação infravermelha que ainda incide sobre a caixa. Por isso, a água nesse recipiente absorve mais energia sob a forma de calor e atinge a maior temperatura ao final do experimento.
Os recipientes próximos ao violeta recebem radiação de frequência mais alta, mas de menor poder de aquecimento térmico nas condições deste experimento. Herschel constatou exatamente isso: o termômetro fora do espectro visível, do lado do vermelho, era o que registrava o maior aumento de temperatura.
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