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CENTRO DE EDUCAÇÃO PROFISSIONAL UNIARTE

Física Aplicada a Radiologia

- Atomística

- Eletricidade

- Conceito de física ondulatória

- Produção de raios-x

ATOMÍSTICA

Thomson (1.897) - colocou por terra o modelo do átomo indivisível e apresentou seu modelo, conhecido também como o "modelo de pudim com passas":

Rutherford (1911) - modelo do átomo nucleado, conhecido como o modelo planetário do átomo: o átomo é constituído por um núcleo central positivo, muito pequeno em relação ao tamanho total do átomo porém com grande massa e ao seu redor, localizam-se os elétrons com carga negativa (compondo a "enorme" eletrosfera) e com pequena massa, que neutraliza o átomo.

Bohr (1.913) - O físico dinamarquês Niels Bohr conseguiu "solucionar" os equívocos cometidos por Rutherford baseando-se na seguinte idéia:

· um elétron num átomo adquire apenas certas energias, e cada energia é representada por uma órbita definida, particular. Se o elétron recebe energia ele pula para uma outra órbita mais afastada do núcleo. Pode ocorrer no elétron a perda de energia por irradiação, e sendo assim, o elétron cai para uma órbita mais próxima do núcleo. Todavia o elétron não pode ficar entre duas órbitas definidas, específicas, pois essa não seria uma órbita estável ( órbita não específica).
Conclui-se então que:
quanto maior a energia do elétron, mais afastado ele está do núcleo.
Em outras palavras: um elétron só pode estar em movimento ao redor do núcleo se estiver em
órbitas específicas, definidas, e não se encontra em movimento ao redor do núcleo em quaisquer órbitas. 

As órbitas permitidas constituem os níveis de energia do átomo ( camadas K L M N ... ).

Camadas eletrônicas

Os elétrons estão distribuídos em camadas ou níveis de energia:

núcleo

camada

K

L

M

N

O

P

Q

1

2

3

4

5

6

7

nível

Número máximo de elétrons nas camadas ou níveis de energia:

K

L

M

N

O

P

Q

2

8

18

32

32

18

2

Ligações Químicas

São uniões estabelecidas entre átomos para formarem as moléculas, que constituem a estrutura básica de uma substância ou composto.

Ligação Iônica

Ligação iônica ocorre com átomos que formam íons, ou seja um átomo tem facilidade de perder elétrons ( baixo potencial de ionização) e outro facilidade para receber elétrons ( alta afinidade eletrônica).

Devido a essa complementaridade os átomos com 1, 2 ou 3 elétrons na última camada tendem a perdê –los para átomos com 5,6 ou 7 elétrons na última camada.

Ex. Sódio (Na – 11)  com o Cloro (Cl – 17).

Ligações Covalentes ou Molecular:

Ligação covalente ou molecular é aquela onde os átomos possuem a tendência de compartilhar os elétrons de sua camada de valência, ou seja, de sua camada mais instável. Neste tipo de ligação não há a formação de íons, pois as estruturas formadas são eletronicamente neutras.

Note que há o compartilhamento de elétrons entre os átomos de hidrogênio e os de oxigênio. Os elétrons da nuvem eletrônica não pertencem exclusivamente ao hidrogênio nem ao oxigênio; pertencem aos dois átomos simultaneamente.

Exemplos:

  1. Faça a distribuição eletrônicas dos seguintes átomos.
  1. Fósforo (15)
  2. Ferro ( 26)
  3. Alumínio (13)
  1. Faça as ligações abaixo de classifique-as como iônica ou covalente.
  1. Ca (20) – F2 (9)
  2. C (6) – Si (14)
  3. Al (13) – P (15)
  4. Se (34) – O (8)

ELETRICIDADE

É um fenomeno físico originado por cargas elétricas estáticas ou em movimento e por sua interação. Quando uma carga se encontra em repouso, produz forças sobre outras situadas à sua volta. Se a carga se desloca, produz também campos magnéticos. Há dois tipos de cargas elétricas, chamadas positivas e negativas. As cargas de nome igual (mesmos sinais) se repelem e as de nomes distintos (sinais diferentes) se atraem.

Carga elétrica

        A carga elétrica é uma das propriedades fundamentais da matéria associada a algumas partículas elementares (partículas que constituem os átomos como: prótons, elétrons, pósitrons, nêutrons, neutrinos, etc.). Cada partícula elementar recebe um valor numérico que representa sua quantidade de carga elétrica. A carga elétrica é medida indiretamente pelos cientistas. Algumas partículas não possuem carga e são chamadas de neutras. O nêutron é um exemplo desse tipo de partícula. O elétron e o próton receberam um valor de carga elétrica denominado carga elementar, representado pela letra e. A diferença entre elas se fez através dos sinais "+" e "-", respectivamente. Experimentos mostram que cargas de mesmo tipo se repelem e de tipos contrários se atraem.



Q = n . e

Condutores de eletricidade

São os meios materiais nos quais há facilidade de movimento de cargas elétricas, devido a presença de "elétrons livres". Ex: fio de cobre, alumínio, etc.

Isolantes de eletricidade

São os meios materiais nos quais não há facilidade de movimento de cargas elétricas. Ex: vidro, borracha, madeira seca, etc.

Corrente elétrica: é um movimento ordenado de cargas elementares ( elétrons).

A unidade de medida denomina-se Ampére (A).

Tipos de corrente:

- Corrente continua: É aquela que o sentido se mantém constante. (Ex. corrente de uma bateria, pilha, etc)

- Corrente alternada: É aquela cujo sentido varia alternadamente. (Ex. corrente usada nas residências).

Resistência elétrica: a capacidade de um corpo qualquer se opor à passagem de corrente elétrica pelo mesmo.

A unidade de resistência elétrica no SI é o ohm (Ω).

Potencia e Energia elétrica: O conceito de potência aplica-se também quando um corpo está recebendo ou fornecendo energia.

Suponhamos que, num certo intervalo de tempo Dt , um corpo receba (ou forneça) uma energia E. A potência média recebida (ou fornecida) nesse intervalo de tempo é:

Pm =

 E 
 t

    Como a unidade de energia é igual à unidade de trabalho, também nesse caso, a unidade de potência é o watt (ou Hp ou cv).

P = i . U

Exemplos:

  1. Um fio condutor é percorrido por uma corrente elétrica constante de 0,25 A. Calcule, em coulombs, a carga que atravessa uma secção reta do condutor, num intervalo de tempo de 160s.

  1. Se uma corrente elétrica de 3 A percorre um fio durante 2 min, a carga elétrica, em Coulombs, que atravessa a secção reta neste tempo é?

  1. Ao consertar uma tomada, uma pessoa toca um dos fios da rede elétrica com uma mão e outro fio com a outra mão. A ddp da rede é V = 220V e a corrente através do corpo é i = 4 . 10 -3A . Determine a resistência elétrica da pessoa.

  1. Uma tensão de 12V aplicada a uma resistência de 3  produzirá uma corrente de:

  1. Uma lâmpada tem as seguintes especificações: 127V – 100W. Se esta lâmpada é acessa durante 30 dias, 24 horas por dia, a energia elétrica consumida será de:

  1. Determine qual é a resistência de um filamento de uma lâmpada, pela qual passa uma corrente elétrica de 0,5 A  e que a ddp entre os terminais é de 120V.

  1. Num cabo de resistência R = 8 circula uma corrente elétrica de i = 0,25 A. Determine a ddp entre seus terminais.

ONDAS

        Onda é  uma perturbação que se propaga.

        Ondas mecânicas: exigem um meio material para se propagar. O som, por exemplo, propaga-se por ondas mecânicas. Isso quer dizer que a energia sonora precisa de meios materiais para se deslocar.

        Ondas eletromagnéticas:  não exigem um meio material para se propagar. Isso quer dizer que elas se propagam tanto na matéria quanto no vácuo. Exemplos que ondas eletromagnéticas são as ondas luminosas, infravermelhas, raios X, microondas, etc.

        Entre todas elas, a única visível a olho nu humano é a luz.

PRODUÇÃO DE RAIOS X

Pode ser que nem todos tenham ouvido falar dos raios ultravioletas e infravermelhos, mas da existência dos raios X é evidente que todos sabem. Estes raios interessantes atravessam corpos que, para a luz habitual, são opacos. O expoente de absorção deles é proporcional à densidade da substância. Por isso, com o auxílio dos raios X é possível obter uma fotografia dos órgãos internos do homem. Nestas fotografias, distinguem-se bem os ossos do esqueleto ( fig. 6) e detectam-se

diferentes deformações dos tecidos brandos.


Tipos de raios X

        Freamento ou Bremsstrahlung: Essa radiação é produzida quando um elétron, passa próximo a um núcleo de um átomo do alvo, sendo atraído na direção deste núcleo e desviado de sua trajetória inicial. com isso o elétron perde energia cinética, e emite essa energia parte em forma de calor , parte em forma de radiação x.

-99% em forma de calor  e 1% produção de raios x.

        Característico: Os elétrons incidentes, podem também remover elétrons de camadas eletrônicas dos átomos do alvo, deixando lacunas que são imediatamente preenchidas por elétrons de camadas mais externas. Acompanhando esse rearranjo, surge a emissão de raios-X característicos. A energia dos RX característicos corresponde à diferença entre as energias de ligação das camadas envolvidas no processo.

Conforme foi proposto por Einstein, um fóton de radiação, com freqüência f, transporta uma energia hf=hc/, onde  é o comprimento de onda da radiação. Portanto, o raio X emitido deverá ter energia máxima igual à energia do elétron incidente.

E=hf=hc/

h = 6,626068 × 10-34 m2 kg / s

Exemplos:

  1.  Sendo a energia de um fóton de luz ultravioleta igual a 6,6.10-19J e a constante de Planck 6,6.10-34J.s, a freqüência da luz ultravioleta, em Hz é:

  1. Calcule a energia do fóton da luz amarela, sabendo-se que a sua freqüência é de 6x1014 Hz.

Anatomia e Fisiologia Humanas (Física Aplicada a Radiologia)                1