Becquerel 1

7/16/2019 Becquerel 1

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Roberto de A. Martins 1

UFRN – curso de verão – 2013

Prof. Roberto de A. Martins

Universidade Estadual da Paraíba

(UEPB)

História dos estudos sobre

radioatividade, deBecquerel a Marie Curie

1




Curso de verão

“História dos estudos sobre radioatividade,

de Becquerel a Marie Curie”

Curso de extensão – 18 horas/aulaUniversidade Federal do Rio Grande do Norte

Programa de Pós-Graduação em Ensino de

Ciências Naturais e Matemática




História da radioatividade

O estudo sobre radioatividade não éconsiderado um dos pontos centrais daciência.

Nos cursos de física e química, a descoberta daradioatividade costuma ser tratada de ummodo muito simplificado.





Costuma-se ensinar que HenriBecquerel descobriu a

radioatividade em 1896,estudando compostos deurânio.

Depois, em 1898, Marie e

Pierre Curie descobriramnovos elementos radioativos(tório, polônio e rádio).





Em 1903 o Prêmio Nobel de Física foi divididoentre esses três pesquisadores.

Metade do prêmio para Henri Becquerel, “Emreconhecimento pelos serviçosextraordinários que prestou pela suadescoberta da radioatividade espontânea”.





A outra metade para Pierre Curie e Marie Curie,“Em reconhecimento pelos serviçosextraordinários que prestaram por suas

pesquisas conjuntas sobre os fenômenos deradiação descobertos pelo professor HenriBecquerel”.





O que, exatamente, essas

pessoas fizeram?

O que descobriram?Como se faz uma

descoberta? Por acaso?

Como eles própriosinterpretavam aquilo que

estavam estudando?




Este curso

O objetivo deste curso

intensivo é proporcionar

uma visão detalhada sobre

como ocorreu o estudo

inicial sobre a

radioatividade.

Veremos o que as pessoas

pensavam e como faziam

suas pesquisas.




Este curso

Veremos que, para Becquerel e

para o casal Curie, a

radioatividade era entendida de

um modo muito diferente da

interpretação atual.

Vamos ver que eles cometeram

erros e que o caminho da

pesquisa científica não é tão

simples quanto parece.




Este curso

Esta primeira aula de hoje apresentará umavisão geral de todo o conteúdo que vamos

tratar no curso.A partir dessa primeira

“volta da espiral”, será

mais fácil compreender aimportância de cada parteda longa história quevamos abordar.




Programa

1. A descoberta dos raios X

2. A divulgação dos raios X, a conjetura de Poincaré e os primeiros trabalhos de Becquerel

3. Becquerel e a escolha dos compostos de urânio4. Os enganos experimentais de Becquerel

5. Os raios N de René Blondlot

6. As primeiras investigações de Marie e Pierre Curie sobre

elementos radioativos7. Teria Niepce de Saint-Victor descoberto a radioatividade?

8. Conclusões metacientíficas




Fontes

Este curso se baseia emestudos desenvolvidos

ao longo de váriasdécadas, consultandodocumentos originaisem diversas bibliotecas

e arquivos da França eda Inglaterra.




Bibliografia

• MARTINS, Roberto de Andrade. Becquerel e a descoberta daradioatividade: uma análise crítica.

Campina Grande / São Paulo: Editorada UEPB / Livraria da Física, 2012.

• MARTINS, Roberto de Andrade. Os“raios N” de René Blondlot: uma

anomalia na história da física. Campinas / Rio de Janeiro: GHTC /BookLink, 2007.




A descoberta dos raios X

Os primeiros passos na

descoberta da

radioatividade estãorelacionados aos estudos

sobre raios X.

Os raios X foramdescobertos por Röntgen

no final de 1895.



Desde a década de 1870 estudava-se radiações

produzidas por descargas elétricas em gases

rarefeitos que foram chamadas “raioscatódicos”

Raios catódicos




As descargas elétricas eram produzidas pelas

“bobinas de Rumkhorff” - transformadores

especiais, alimentados por corrente contínuae que produzem altos potenciais.

Bobina de Rumkhorff




Raios catódicos

Ligando-se a bobina de Rumkhorff a um tubo

de vidro contendo gás a baixa pressão,

aparece uma luminosidade que sai perpendicularmente à superfície do cátodo




Raios catódicos

Os raios catódicos

podiam ser desviados

utilizando ímãs




Raios catódicos

Eles caminhavam em linha reta, a partir do

cátodo, e podiam produzir sombras no vidro.



Não havia acordo, no início da década

de 1890, sobre a natureza dos raios

catódicos

William Crookes e outros pesquisadores ingleses e franceses

defendiam que eram partículas com

carga elétrica.

Os pesquisadores alemães pensavam

que se tratava de algo parecido com

a radiação ultravioleta.

Raios catódicos



Heinrich Hertz, em 1892,

descreveu que os raioscatódicos podiam

atravessar folhas finas de

metal, dentro do tubo de

descarga, produzindo

luminescência no vidro

atrás delas.

Penetração em metais

Hertz



Seu aluno Philipp Lenard

conseguiu construir tubos

de descarga dotados deuma fina janela de

alumínio, de tal modo que

os raios catódicos podiam

sair do tubo e ser

estudados no ar ou em

outros gases


Lenard



Nessa época, essa radiação, visível no ar,

passou a ser chamada de “raios de Lenard”

Raios de Lenard

Esses raios

podiam

atingir poucoscentímetros,

no ar.



Corpos luminescentes colocados perto do tubose tornavam luminosos.

Lenard observou também que esses raios eramcapazes de sensibilizar chapas fotográficas edescarregar eletroscópios.

Raios de Lenard



Lenard defendeu que os raios

catódicos não podiam ser

partículas, por causa dessas propriedades.

Considerou que devia ser um

tipo de radiação, como osraios ultravioleta.


Lenard



Enquanto se discutia a

natureza dos raios

catódicos, seu estudo

levou a uma nova

descoberta:

Röntgen descobriu os

raios X no final de

1895, estudando os

raios de Lenard.

Nova descoberta



Röntgen estava trabalhandocom um tubo de Crookescoberto com papelão preto.

Um pedaço de papel com platino-cianeto de bário(um material fluorescente)estava sobre a mesa.

Quando a bobina de induçãoestava ligada, notou que o

papel ficou luminoso comuma linha preta (sombra de

um fio metálico).

Röntgen

Aparelhagem de Röntgen




Raios X

Notou que a radiação

caminhava em linha

reta (eram “raios”),atravessava materiais

opacos, e produzia

“sombras”.

Não era nadaconhecido (daí o

nome “raios X”).




Estudos iniciais

Röntgen descobriu que essa

radiação produzia efeitos

fotográficos, e que podia

obter imagens dos ossosde pessoas vivas.

Registrou a imagem da mão

de sua esposa, AnnaBertha (a mais antiga

radiografia)...




Divulgação

A descoberta de Röntgen foi divulgada

em janeiro de 1896

A descoberta foi divulgada por jornais

populares e científicos de todo o

mundo e ele se tornou famoso

No decorrer de 1896 foram publicados

mais de 2.000 trabalhos sobre essasradiações (especialmente aplicações

médicas).




Raios X e luminescência

Nos tubos utilizados na época, os raios X

surgiam do lugar onde o vidro era atingido

pelos raios catódicos, e nessa região o vidroficava luminescente.

Haveria alguma

relação entre a

luminescência e a

emissão dos raios X

pelo tubo?




A conjetura de Poincaré

No dia 20 de janeiro de

1896 Poincaré divulgou

a descoberta de

Röntgen, na Academiade Ciências de Paris.

Sugeriu nesse dia que

talvez todos osmateriais luminescentes

emitissem raios X.Henri Poincaré





Durante várias semanassurgiram na Françatrabalhos confirmando a

conjetura de Poincaré deque os corpos luminescentesemitiam raios X.

Nenhum desses fenômenos

deve ocorrer, de acordo comnossos conhecimentosatuais.





No dia 24 de fevereiro,Becquerel apresentou seu

primeiro trabalho sobre as

radiações emitidas peloscompostos do urânio.

Esse trabalho era, também, umestudo sobre radiações de

corpos fosforescentes econfirmava a conjetura dePoincaré.

Henri Becquerel




O primeiro artigo de Becquerel

“Em uma sessão precedente [da Academia deCiências de Paris], Charles Henry relatouque a intensidade das radiações que

penetram o alumínio aumentava quando secolocava sulfeto de zinco fosforescente nocaminho dos raios que saem de um tubo deCrookes.

“Além disso, Niewenglowski descobriu que osulfeto de cálcio fosforescente comercialemite radiações que penetram substânciasopacas.





“Esse comportamento também pertence a váriasoutras substâncias fosforescentes, e

particularmente aos sais do urânio, que

possuem uma fosforescência de duraçãomuito curta.”

[...]

“É possível concluir desses experimentos queesta substância fosforescente emite radiaçõesque atravessam um papel opaco à luz ereduzem os sais de prata” (BECQUEREL1896a).





Becquerel, no seu primeiro artigo, apenas

apresentou um novo exemplo de substância

fosforescente que parecia emitir radiações

penetrantes.

Em artigos publicados por outras pessoas, pouco

depois, o trabalho de Becquerel foi

considerado como uma das váriasconfirmações da conjetura de Poincaré de que

a emissão de raios X estava associada à

luminescência.





Becquerel havia descoberto a radioatividade?

• Radioatividade = Emissão espontânea de

radiações (a, b, g) por certas substâncias,

acompanhada por transformação nuclear.

“É possível concluir desses experimentos queesta substância fosforescente emite

radiações que atravessam um papel opaco àluz e reduzem os sais de prata”(BECQUEREL 1896a).




O prosseguimento das pesquisas

1º artigo de Becquerel: 24/02/1896

2º artigo: na semana seguinte,02/03, Becquerel descreveu que o

sulfato duplo de uranila e

potássio continua a emitir

radiações mesmo quando é

guardado em uma gaveta




O segundo artigo

Becquerel preparou umexperimento no dia26/2, mas o céu ficou

nublado.Guardou na gaveta.

Revelou a chapafotográfica no dia 01de março e observouque havia sinais daradiação





Imediatamente Becquerel refez o

experimento sem colocar os cristais ao

Sol.

Os efeitos foram tão fortes quanto nos

experimentos feitos sob a iluminação do

Sol.

Problema: as radiações luminosas emitidas por esse composto ficam muito fracas em

1/100 de segundo.




O segundo artigo

Vendo que a radiação penetrante não se

comportava como afosforescência visível,Becquerel entendeu queera um fenômeno novo?

Alguns historiadores daciência afirmam que sim.

?




O segundo artigo“Uma hipótese que surge de modonatural à mente é a suposição deque essas radiações, cujo efeito

possui uma forte analogia com as

produzidas pelas radiaçõesestudadas pelos senhores Lenard eRöntgen, poderiam ser radiaçõesinvisíveis emitidas por fosforescência com uma

persistência infinitamente maior do que a persistência das radiaçõesluminosas emitidas por essescorpos.” (Becquerel)

!




Idéia básica de Becquerel

Reconstrução:

Sal de urânio é fosforescente(absorve energia luminosa e vailiberando depois).

Uma parte da energia absorvida éliberada lentamente sob forma de

radiações invisíveis penetrantes.Radiação emitida pelo sal de urânio

é de natureza eletromagnética.




As hipóteses de Becquerel

Becquerel parece ter sido levado aescolher os compostos de urânio paraseus experimentos porque tinha aexpectativa de que, com eles, seria

possível observar a produção deradiação eletromagnética penetrante, degrande freqüência.

Os resultados positivos obtidos reforçaram

essa idéia e guiaram suas pesquisasseguintes, sempre pensando tratar-se deuma fosforescência invisível de longaduração.





1º artigo de Becquerel: 24/02/1896

2º artigo: 02/03

3º artigo: 09/03

• Radiação do sal de urânio descarregaeletroscópio

• Radiação se reflete e refrata [!?]

• Continua a emitir radiação durante umasemana

• Sulfeto de cálcio também emiteradiações penetrantes, no escuro [!?]




Reflexão dos raios do urânio

Becquerel descreveu vários experimentos em que diz

ter observado efeitos de reflexão e refração da

radiação do urânio.

No entanto, as fotografias correspondentes a esses

experimentos não são conhecidas.

Pode-se duvidar que ele tenha realmente feito esses

experimentos, pois esses efeitos não existem.Becquerel acreditava que a radiação do urânio era

eletromagnética e supôs que teria essas

propriedades.




Sulfeto de cálcio

No terceiro artigo, Becquerel descreveu

experimentos com outros materiais

fosforescentes e afirmou ter obtidofortes efeitos com sulfeto de cálcio.

Acreditamos atualmente que isso é

impossível, mas Becquerel descreveu

em detalhes o experimento e existemfotografias que mostram os efeitos

que ele descreveu.




Outros erros

Nos trabalhos seguintes, Becquerel publicou diversos outros resultados quecontrariam nosso conhecimento sobre a

radioatividade:• A radiação dos sais do urânio vai

diminuindo, quando são mantidos noescuro.

• A emissão de radiação aumenta quandoos sais são fortemente iluminados.

• A radiação sofre polarização naturmalina.




A descoberta de Becquerel

Becquerel convenceu a comunidade

científica (e a si mesmo) que havia

descoberto uma fosforescência

invisível, de longa duração (mas que ia

diminuindo com o tempo e podia ser

reforçada pela luz), na qual era emitida

uma radiação eletromagnética de altafreqüência, capaz de sofrer reflexão,

refração e polarização.




A descoberta de Becquerel

Em 1897 Becquerel perdeu o

interesse pelo estudo das

radiações do urânio e

passou a pesquisar o efeitoZeeman.

Ele não percebeu que o estudo

das radiações do urânio eraa única pesquisa de sua

vida que ia torná-lo famoso.




Críticas a Becquerel

Os primeiros autores quemencionaram os trabalhos

de Becquerel nãorepetiram seusexperimentos.

Eles começaram a ser repetidos e criticados em1897.





Em 1897, Gustave le Bon colocou

em dúvida a experiência de

polarização da radiação do

urânio.

Em janeiro de 1899 Le Bon

afirmou que havia repetido o

experimento e que a radiação dourânio não era polarizada pelos

cristais de turmalina.





Em 1897, Julius Elster e Hans Friedrich Geitel testaram a

variação da intensidade das radiações do urânio com o

tempo e afirmaram que a radiação era constante, não

enfraquecendo gradualmente nem aumentando deintensidade com a luz (como Becquerel havia

afirmado).




Radiação do tório

Abril de 1898 – Marie Curie e Gerhard C. Schmidt

descobrem que o tório emite radiações penetrantes

capazes de produzir condutividade no ar.




Método elétrico

Método elétrico se generaliza a partir de 1898,

permitindo distinguir radiações ionizantes de outros

efeitos que podem afetar chapas fotográficas.




Radiação do tórioMarie e Pierre Curie (1898):

• Radiações do urânio e do tório

são um fenômeno atômico

(proporcional à quantidade deátomos do elemento)

• Fenômeno não tem semelhança

com fosforescência – éconstante, não se enfraquece

nem aumenta com a luz

• “Radioatividade”




Minerais radioativos

Marie e Pierre Curie (1898):

• Anomalia: alguns minerais do

tório e urânio tinham atividadesuperior à dos elementos puros

• Deveriam existir elementos

radioativos desconhecidos

• Analisar minerais para descobrir

novos elementos




Novos elementos

Marie e Pierre (1898):

• Concentraram-se mais nas substâncias

radioativas do que nas radiações.

• Explicação do fenômeno: um tipo de

fluorescência produzido por radiação

desconhecida de altíssima freqüência.

• Anos seguintes: trabalho sistemáticode purificação do rádio e do polônio,

determinação do peso atômico.




Ernest Rutherford

1899 – Ernest Rutherford estuda

radiações do urânio e do tório• Radiações não são polarizadas, nem

refratadas

• Radiações do urânio são de dois

tipos (a, b), com diferentes poderes

de penetração




Radiações

• 1899 – Geisel observou que as radiações do polônio

podiam ser desviadas por um ímã

• 1899 – Casal Curie mostra que os raios b de

Rutherford são desviados por ímã e possuem carganegativa (como raios catódicos)

• 1900 – E. Dorn desvia raios b usando campo elétrico

• 1900 – Villard – raios não desviados eram de dois

tipos, pouco penetrante (a) e muito penetrante (g)

• 1903 – Rutherford – raios a podem ser desviados e

possuem carga positiva




Radiações

Apenas em 1903 se

tornou claro que

existem 3 tipos de

radiações emitidas

pelos corpos

radioativos, e que dois

deles possuem cargaselétricas, não sendo

portanto de natureza

eletromagnética.




Ernest Rutherford

• 1899 – Tório emite

gás radioativo

(“emanação”)

• 1900 – Emanação

vai perdendo sua

radioatividade

rapidamente• Intensidade cai à

metade em aprox.

um minuto




Teoria da transformação

• Marie e Pierre Curie – “radioatividadeinduzida” – materiais colocados

próximos de corpos radioativos.

• Radioatividade induzida diminui com

o tempo.

• Rutherford e Soddy: novos elementos

radioativos que perdem aradioatividade rapidamente.

• Teoria da desintegração radioativa

(1903)




Becquerel e o Prêmio Nobel

• 1903 – Compreensão da natureza

das radiações dos corpos

radioativos• 1903 – Compreensão sobre o

processo radioativo – transformação dos elementos

• 1903 – Becquerel ganha o Prêmio

Nobel pela descoberta da

radioatividade




Becquerel e o Prêmio Nobel

Logo depois que os trabalhos de

Marie e Pierre Curie tornaram a

radioatividade importante,Becquerel voltou a se dedicar ao

assunto.

Ele publicou artigos em que

descrevia os seus trabalhos antigosde forma diferente, ocultando seus

erros e modificando a história.




Becquerel descobriu a radioatividade?

Becquerel estava descobrindo aradioatividade?

O que é radioatividade?

• Emissão espontânea de radiações (a,b, g) por certas substâncias,acompanhada por transformaçãonuclear.





Becquerel:

• Pensava que o urânio emitia apenas radiaçãoeletromagnética (semelhante aos raiosultravioleta).

• Pensava que o fenômeno era um tipo defosforescência (fenômeno não espontâneo).

• Não imaginou que o fenômeno envolvessetransformações atômicas.

• Descreveu propriedades inexistentes daradiação.

• Fingiu ter feito observações que não fez.





Seria possível alegar que Becquerel

descobriu a radioatividade no seguinte

sentido: ele observou (mas não

compreendeu) efeitos que atualmenteinterpretamos como sendo devidos à

radioatividade.

No entanto, muito antes de Becquerel, Niepce de Saint-Victor também havia

observado efeitos da radioatividade.




Niepce de Saint-Victor

1858 – Um tubo de ferro forrado por dentro

com papel poderia guardar “luz invisível”durante muitos dias e, depois, sensibilizar

chapas fotográficas.O efeito era mais forte se o papel contivesse

nitrato de urânio ou ácido tartárico, e podia

durar vários meses.

Escrevendo com essas substâncias em um

papel, elas sensibilizavam chapas

fotográficas no escuro.




Niepce de Saint-Victor

• Tanto Niepce quanto Becquerel fizeramexperimentos com compostos de urânio.

• Alguns dos efeitos que eles

descreveram só podem ser entendidos,hoje, como devidos à radioatividade.

• Ambos descrevem outros fenômenosque parecem não existir.

• Nenhum deles compreendeu que estavadiante do fenômeno que chamamos deradioatividade.




O caso Blondlot

Além dos equívocos de sua

própria pesquisa, Becquerel

se envolveu com problemas

de um outro pesquisador.

Início de 1903: René-Prosper

Blondlot (1849-1930)

divulgou a descoberta de umnovo tipo de radiação

René Blondlot




Os raios N

A nova radiação recebeu o nome de "Raios N" em

homenagem à cidade de Nancy, onde Blondlot

nasceu e trabalhou.

Parque Blondlot,em Nancy




Os raios N

Durante três anos (1903-1905)

Blondlot e outros pesquisadores

publicaram muitos artigos

descrevendo os efeitos dessaradiação penetrante.

Diversos cientistas (principalmente

de outros países) não conseguiam

reproduzir as observações sobre

os Raios N.




Os raios N

Começaram a surgir críticas e dúvidassobre a autenticidade dosfenômenos.

Uma comissão francesa comeminentes físicos foi enviada a Nancy para presenciar osexperimentos de Blondlot.

Os membros dessa comissão nãoconseguiram chegar a um consensosobre a existência dessa radiação.

Henri Poincaré




Os raios N

Admite-se atualmente que os raios N

não existem.

O caso Blondlot costuma ser citado

como um exemplo de pseudo-ciênciaou “ciência patológica” e de errosmetodológicos graves.

No entanto, alguns pesquisadores da

época apoiaram Blondlot – como

Henri Becquerel e seu filho Jean.




Jean Becquerel

Em 1904 Jean Becquerel visitouo laboratório de Blondlot em

Nancy.

Iniciou imeditamente pesquisassobre os raios N no laboratóriode seu pai.

Alegou que a emissão de raios N

por metais podia ser eliminada"anestesiando" os metais comclorofórmio, éter, etc.




As críticas a Blondlot

Na França, Henri Piéron, editor da

Revue Scientifique, moveu uma

forte campanha contraBlondlot.

Em poucos meses, os artigos

sobre raios N cessaram de

aparecer, e o próprio Blondlot parou de publicar sobre o

assunto.




Jean Becquerel

Os trabalhos de Jean Becquerelsobre os raios N foramapresentados à Academia de

Ciências de Paris por seu pai,Henri Becquerel.

Mesmo quando se concluiu que aradiação não existia, Becquerel

continuou a defender os trabalhosdo seu filho.




Radioatividade – lições

O estudo detalhado dessa

sequência história transmite

importantes lições a respeito danatureza da ciência.

O trabalho científico é muito

diferente daquilo que se costumaacreditar.




“Grandes cientistas”

A idéia de que existem“grandes cientistas” que

nunca cometem erros nãocorresponde à realidade.

Mesmo os ganhadores do prêmio Nobel podem ser pesquisadoresincompetentes.




“Grandes cientistas”

Os cientistas são seres

humanos, capazes de

grandes erros e grandesacertos.

Alguns são “melhores”

(mais cuidadosos, etc.) doque outros, mas ninguém

é perfeito.




Descobertas

Existem “descobertas aoacaso”, mas são raras.

Normalmente os pesquisadores são guiados por hipóteses, analogias,idéias preconcebidas.

Não existem “observações puras”.




Descobertas

Mesmo coisas que

parecem extremamente

simples, como a

“descoberta daradioatividade”, sãoacontecimentos

complexos, quandoestudados em detalhe




Histórias e “estórias”

Existem muitas versões

sobre a história da

ciência que, embora

publicadas em livros

e artigos, são

INCORRETAS

Não se pode confiar no

que se lê





Para conseguir

compreender de

modo razoavelmentecorreto a história da

ciência é necessário

pesquisar

detalhadamente o

assunto





Ao longo do nosso curso,

além de estudar a história da

descoberta da radioatividadee outros temas correlatos,

aprenderemos muitas lições

a respeito da natureza da

ciência e sobre como se faz

a história da ciência.



FIM

Documents

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