Raio Laser e suas aplicações na ciencia e tecnologia

INTRODUÇÃO

O laser é um dos feitos científicos modernos que mais teve abrangência. Seu funcionamento é baseado nas leis fundamentais da interação da radiação luminosa com a matéria. LASER é a abreviação de Light Amplified by Stimulated Emission Radiation, que traduzindo significa: amplificação da luz por emissão estimulada por radiação, e desde sua descoberta tem encontrado, uma vasta aplicabilidade cobrindo desde pesquisas mais fundamentais até aplicativos nas áreas médicas. Devido sua altíssima precisão geométrica, a sua aplicação é cada vez mais recomendada em várias aplicações. Hoje a sociedade não seria a mesma se não fosse a aplicação do laser em diversos locais, desde a impressão gráfica, até a leitura de um compact disc (CD) com alta fidelidade, percorrendo todas as áreas do conhecimento. O estudo do laser está longe de ser concluído, uma vez que o mesmo possui ainda uma área muito extensa para a investigação científica.

Existem, espalhados pelo nosso planeta, diversos centros de pesquisa científica e tecnológica que se dedicam única e exclusivamente ao estudo do laser e suas aplicações. Acredita-se que em pouco espaço de tempo, teremos o laser dentro do corpo humano afim de identificar e tratar distúrbios de doenças, bem como promover o melhor tratamento. No tempo em que o leitor reservou para estudar esse tema, provavelmente centenas de idéias e conceitos novos estão sendo propostos sobre a aplicação do laser na vasta literatura do tema.

O laser possui características especiais como por exemplo, ser monocromática, coerente e colimada. Pela enorme importância do laser na atual sociedade, seu conhecimento deixa de ser importante apenas para os especialistas e passa a ser de interesse de todos aqueles que procuram conhecer o mundo ao seu redor.

Em 1916, o físico Albert Einstein, lançou as bases para utilização do laser a partir das teorias de Max Plank. Porém somente após a segunda guerra mundial, cientistas conseguiram produzir o primeiro laser, porém, esse dispositivo não tinha capacidade de emitir ondas contínuas. Por ter descoberto o efeito físico existente no funcionamento do laser, Einstein é considerado o pai desse fenômeno, na qual é conhecido como emissão estimulada, que é a condição necessária para se ter o equilíbrio térmico da radiação com a matéria.

Além de ser muito utilizado em cirurgias médicas, o laser também é aplicado na indústria. O laser de dióxido de carbono tem sido muito utilizado, pois possibilita um processo rápido de corte e solda de materiais. Existem também aplicações de laser para secagem de adesivos (cola) que só endurecem com a aplicação de laser, garantindo assim, uma melhor fixação eliminando o risco de falhas no processo por contaminação através de impurezas existentes no ambiente físico do trabalho. A aplicação dos raios laser são inúmeras e tem se tornado cada vez mais diversificado, nesta monografia apresentaremos algumas de suas aplicações, bem como sua história.

REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

Teoria do corpo negro

Ao final do XIX, a física vivia seu período ápice segundos alguns historiadores, os trabalhos realizados sobre as leis mecânicas e gravitação estabelecidos por Isaac Newton foram aprimorados gradativamente desde o século XVII. Em 1861 e 1862, James Clerk Maxwell publicou um artigo dividido em quatro partes denominado On Physical Line of Force, tal artigo estabelecia equações que em anos posteriores seriam conhecidas como as “equações de Maxwell”, as teorias descreviam claramente o campo eletromagnético, entretanto somente em 1887, Heinrich Rudolf Hertz (1857-1894) tais equações foram confirmadas experimentalmente e confirmando a natureza ondulatória da radiação eletromagnética. Ainda no século XIX importantes físicos e cientistas com Huygens afirmavam a natureza ondulatória da luz.

Em 1859, os principais físicos da época encontraram resistência para equacionar como um corpo aquecido irradiava energia. Tal problema levou ao estudo da radiação térmica ou radiação de corpo negro, no termo corpo negro deu-se devido à consideração que um corpo que absorve toda a radiação que irradia sobre ele, sem refletir essa radiação, um corpo com tais características é denominado um corpo negro, conforme definição de Kirchhoff: “num corpo negro ideal, em equilíbrio termodinâmico a temperatura T, a radiação total emitida deve ser igual à radiação total absorvida”.

No século XX, os cientistas Rayleigh, Wien, Planck e outros desenvolveram estudos minuciosos sobre a teoria de corpo negro.

Lei de Rayleigh-Jeans

No início do século XIX, Lord Rayleigh e Sir James Jeans publicaram respectivamente em 1900 e 1905, a lei conhecida como a Lei de Rayleigh-Jeans proposta uma teoria sobre radiação eletromagnética dos comprimentos de onda. Tal teoria descrevia a densidade de energia da radiação do corpo negro:

[pic 1]

A equação descrevia corretamente o funcionamento para pequenos comprimentos de ondas, entretanto para baixos comprimentos de ondas a densidade de energia tendia ao infinito. Embora os resultados obtidos experimentais estivessem em consonância para baixas, para altas freqüências tornava-se indescritível. Isto se tornou conhecido como a “Catástrofe do ultravioleta”.

Teoria de Planck

Em 1900, Max Karl Ernst Ludwig Planck (1858-1947) na busca por melhoria nas equações de Wien que adequou dados experimentais para comprimentos de ondas curtos desviados para comprimentos de ondas maiores. Planck propôs um postulado que explicava o principio de absorção e emissão de radiação eletromagnética em função do comprimento de onda e temperatura:

• A radiação eletromagnética dentro de uma cavidade está em equilíbrio com os átomos da parede que se comportam como osciladores harmônicos de freqüência a v.
• Cada oscilador pode absorver ou emitir energia de radiação eletromagnética em quantidades proporcionais a v. Quando um oscilador absorve ou emite radiação eletromagnética, sua energia aumenta ou diminui em quantidade hv.

R(λ, T) – Radiância para cada comprimento de onda:

[pic 2]

onde:

λ – Comprimento de Ondas da radiação eletromagnética emitida;

h - Constante de Planck, sendo

c - Velocidade da luz, e

k - constante de Boltzmann.

A figura abaixo representa um espectro térmico.

[pic 3]

Planck propôs que a energia da radiação eletromagnética propaga-se em quantidades pequenas, conhecidas como quanta de luz.

Em 1926, Gilbert Lewis denominou essa quantia de luz de “fótons”. Os fótons são partículas que não possuem massa, porém tem energia devido a sua quantidade de movimento.

Processo de absorção e emissão de fótons

Em 1913, Niels Bohr apoiado nas teorias de Planck propôs três postulados fundamentais do átomo: