Câmara de Nuvens - radioatividade num cenário cósmico

Breve descrição:

As câmaras de nuvens são caixas especialmente feitas para detetar radiação e partículas eletricamente carregadas. Nesta atividade, utiliza-se uma câmara de nuvens para observar partículas alfa e beta, os produtos resultantes do decaimento radioativo do Tório-232.

Esta atividade pressupõe que os alunos já tenham sido introduzidos ao conceito do decaimento radioativo e às diferenças entre as radiações alfa e beta.

Esta experiência irá ajudar os estudantes a compreender melhor estes conceitos, através de uma demonstração prática do decaimento radioativo.

Os estudantes irão observar os rastos de condensação deixados por partículas carregadas numa câmara de nuvens, e irão aprender a identificá-las com base nas propriedades dos seus trilhos. Os trilhos feitos por raios cósmicos podem ser vistos na câmara de nuvens, o que pode constituir um bom ponto de partida para explicar o que são raios cósmicos e que a sua deflexão é provocada pelo campo magnético da Terra.

Os estudantes irão praticar o cálculo e a utilização de equações e fórmulas de decaimento radioativo. Serão também discutidas algumas das implicações da radiação, incluindo os seus efeitos negativos nos circuitos, e a utilização do decaimento radioativo como fonte de energia.

Assunto: Ciência, Química, Física
Objetivos de Aprendizagem:

  • Aprender o que são partículas fundamentais e compreender como interagem, incluindo partículas carregadas e campos magnéticos
  • Definir número atómico e número de massa
  • Descobrir o significado de radiação e de decaimento radioativo, e compreender como este último pode ser utilizado como fonte de energia de uma nave espacial
  • Investigar os efeitos negativos das radiações ionizantes em Eletrónica
  • Aprender o que são raios cósmicos, incluindo as suas interações com a atmosfera
  • Melhorar as competências experimentais gerais, incluindo a utilização adequada do material e a realização e registo de observações
  • Comunicar e discutir resultados e fazer perguntas relevantes para aprofundar a compreensão e o conhecimento de um determinado assunto
  • Aplicar os conhecimentos adquiridos em observações experimentais para a resolução de problemas teóricos


Faixa etária:
14 - 18 anos de idade

Tempo
Preparação: 5 minutos para a câmara de nuvens
Lição: 1 hora

Recurso disponível em:
 Inglês, Francês, e Italiano.
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Atividade 1: Construção de uma câmara de nuvens

Nesta experiência prática, os estudantes construirão a sua própria câmara de nuvens, o que lhes permitirá observar o decaimento radioativo do Tório-232, um isótopo radioativo do Tório (Th).

As emissões alfa e beta podem ser observadas dentro da câmara sob a forma de rastos de condensação ('contrails') no vapor de álcool, o que nos permite ter uma melhor compreensão deste fenómeno.
Material

Para preparar com antecedência:
  • Aquário de plástico de tamanho médio
    • Feltro com suporte adesivo (ou feltro normal e cola apropriada para feltro e plástico)

Para a realização da experiência:
  • Duas varetas de soldadura de tungsténio toriado (ou outra fonte alfa/beta)
  • Cerca de 2,5 kg de gelo seco (dióxido de carbono sólido)
  • 20 ml de álcool isopropílico, também conhecido como isopropanol (ou etanol se este não estiver disponível)
  • Um aquário de plástico com feltro pré-inserido
  • Dois tabuleiros metálicos (os tabuleiros de cozinha funcionam bem nesta atividade)
  • Um pedaço de cartão preto ou papel preto laminado (para os tabuleiros se estes não forem escuros)
  • Uma ou duas fontes de luz intensa (por exemplo, uma faixa de luz LED, lanterna ou luz de um projetor de slides)
  • Uma folha de papel para enrolar em torno de uma vara
  • massa para cartazes ou adesivo reutilizável
  • Uma pipeta
  • Luvas de proteção térmica
  • Óculos de segurança (um par por pessoa)
Atividade 2: Teste os seus conhecimentos sobre decaimento radioativo

Nesta atividade, os estudantes discutirão os tópicos explorados na fase experimental, e completarão atividades que irão testar os seus conhecimentos.
Material

  • Ficha de trabalho impressa para cada aluno
  • Caneta ou lápis

Sabias que...

O campo magnético da Terra protege-nos dos raios cósmicos eletricamente carregados. Este campo designa-se por magnetosfera e é gerado pelo movimento de elementos magnéticos que se encontram no núcleo do nosso planeta. O campo magnético terrestre tem um alcance equivalente a quase o dobro da distância que vai da Terra à Lua. Porém, quanto mais nos afastamos da Terra, mais fraca é a sua intensidade; o que significa que a proteção oferecida pela magnetosfera contra partículas espaciais ionizantes diminui com a distância ao seu núcleo de origem.

A missão Cassini-Huygens da NASA/ESA/ASI a Saturno teve de lidar com esta radiação cósmica, uma vez que se aventurou muito para além da magnetosfera. Assim que a sonda chegou ao seu destino, passou a estar protegida pelo poderoso campo magnético do próprio Saturno.

Cassini-Huygens em Saturno

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