Transcript Biofísica
Biofísica
Conceitos sobre radiação
Prof. Dr. Walter Filgueira de Azevedo Jr.
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BIOFÍSICA
Resumo
Introdução
Radiação corpuscular
Radiação eletromagnética
Teoria dos quanta
Dualidade partícula-onda
Tipos de radiação e sua características
Referências
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BIOFÍSICA
Radiação Corpuscular
É constituída por partículas, tais como: prótons, elétrons, nêutrons e outras. A
energia cinética (K) dessas é dada por:
1
K mv 2
2
Velocidade da partícula
Energia cinética
Massa da partícula
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Radiação Eletromagnética
São constituídas de campos elétricos (E) e magnéticos (B) oscilantes, propagandose com velocidade constante. Exemplos: raios X, radiação gama, ondas de rádio,
ondas luminosas, radiação ultravioleta, radiação infravermelha.
E
x
B
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Radiação Eletromagnética
E
l
x
B
lf=v
Comprimento de onda
velocidade
freqüência
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Radiação Eletromagnética
Para ondas eletromagnéticas deslocando-se no vácuo temos:
8
lf = c = 3 .10 m/s
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Radiação Eletromagnética
Comprimento de onda (m)
Outras unidades
Radiação
10-15
10-12
1,24 MeV
10-11
0,1 Å
10-10
1,0 Å
10-9
10 Å = 1 nm
10-8
100 Å
10-7
1000 Å
4000 Å
Raios gama e raios X
Ultravioleta
Luz visível
7000 Å
10-6
1 µm
10-5
10 µm
10-4
100 µm
10-3
1 mm
10-2
1 cm
10-1
10 cm
1
300 MHz
10
30 MHz
102
3 MHz
103
1 km
Infravermelha
Ondas de rádio
Fonte: Okuno, E., Caldas, I. L., Chow, C. Física para ciências biológicas e biomédicas. Editora Harbra, 1982, pg. 3.
Radiação Eletromagnética
Fonte: http://www.sengpielaudio.com/calculator-wavelength.htm
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BIOFÍSICA
Teoria dos Quanta
Radiação eletromagnética apresenta caráter corpuscular, ou seja, é emitida
descontinuamente, em pulsos de energia, chamados fótons ou quanta. A energia
dos fótons é dada por:
E = hf
Freqüência
Energia associada ao fóton
Constante de Planck (6,63 .10-34 J.s)
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Teoria dos Quanta
E = hc
l
E = hf
lf=c
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f=
c
l
BIOFÍSICA
Dualidade Partícula-Onda
•
•
•
Louis de Broglie apresenta a teoria que a matéria possui características
corpusculares e ondulatórias.
Dependendo do fenômeno estudado umas das características se manifesta mais
que a outra
A proposição de de Broglie é escrita da seguinte forma:
Massa da partícula
h
mv =
l
Velocidade da partícula
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Constante de Planck (6,63 .10-34 J.s)
Comprimento de onda de de Broglie
BIOFÍSICA
Elétron-Volt
•
O elétron-volt é uma unidade de energia comumente usada em física atômica.
•
Um elétron-volt é a energia adquirida por uma elétron ao atravessar no vácuo uma
diferença de potencial de um volt. Assim temos:
1 eV = (1,6.10-19 C).(1 V) = 1,6.10-19 J
1MeV = 106 eV
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Exemplo:
Determine o comprimento de onda de de Broglie de um elétron com velocidade
5.107m/s.
l
= h
mv
l
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=
6,63.10-34 J.s
(9,11.10-31kg)(5.107 m/s)
= 1,46.10-11m = 0,146 Å
BIOFÍSICA
Microscópio Eletrônico
•
Baseia-se nas características ondulatórias dos elétrons
•
A capacidade de microscópios óticos é limitada, devido à interação da radiação
visível com o objeto a ser observado.
•
O microscópio eletrônico permite aumentos de até 350.000 vezes, os óticos até
2000 vezes.
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Microscópio Eletrônico
Canhão
eletrônico
Lentes
condensadoras
Plano do espécime
Lentes da objetiva
Planos das imagens intermediárias
Sistema de lentes
do projetor
Observador binocular
Tela fluorescente
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Microscópio Eletrônico
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Microscópio Eletrônico: Galeria de
Fotos
Poliéster
Formiga
Photo by Uwe Kils
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Pólen
Olhos compostos do krill
antártico (Euphausia superba)
Diatomáceas
Aumento do olho composto do krill
antártico (Euphausia superba)
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Tipos de Radiação
•
Radiação alfa ou partícula alfa
•
Radiação beta ou partícula beta
•
Nêutrons
•
Radiação gama ou raios gama
•
Raios X
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Radiação Alfa
•
É formada por núcleos de hélio (2p + 2n)
•
É uma radiação ionizante de baixa penetração.
•
É produzida pelo decaimento radioativo de elementos químicos, como urânio e
rádio.
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Decaimento Alfa
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Radiação Beta
•
É composta por elétrons ou pósitrons de alta energia e são emitidos por núcleos
atômicos como o do potássio 40.
•
Possui um poder de penetração maior que das partículas alfa.
•
A produção de partículas beta é chamada decaimento beta.
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Decaimento Beta
Decaimento Anti-neutrino
Decaimento +
Neutrino
Transmutação de elementos químicos
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Radiação Gama
•
É uma radiação eletromagnética de alta energia
•
É produzida em processos nucleares tais como aniquilação de pares elétronpósitron
•
Radiação gama forma a parte mais energética do espectro eletromagnético
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Radiação Gama
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Produção de Radiação Gama
1) Inicialmente Co decai a uma forma excitada de Ni por decaimento beta:
2) A forma excitada do Ni emite radiação gama:
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Raios X
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Raios X
{
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Raios X
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Acidentes Radioativos
Windscale, Inglaterra (1957)
Three Mile Island, EUA (1979)
Juarez, México (1983)
Chernobyl, Rússia (1986)
Goiânia, Brasil (1987)
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Acidentes Radioativos
Chernobyl, 1986.
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Víctimas de Chernobyl, 1986.
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Radiações
Corpuscular:
1) Alfa,
2) Beta e
3) Nêutrons
Eletromagnética:
1) Raios X e
2) gama
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Exposição
Mede a quantidade de carga elétrica produzida por ionização, no ar, devido à ação
da radiação por unidade de massa de ar.
Unidades:
Roentgen (R)
1R = 2,58 . 10-4Coulombs/Kg
Por exemplo: Uma radiografia tem em média 0,3 mC/kg
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Dose Absorvida
É a energia média cedida pela radiação ionizante à matéria por unidade de massa
dessa matéria.
Unidades:
Rad
1rad = 0,01J/Kg
1 Gray = 1 J/kg
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Dose Equivalente
É uma grandeza especial usada em proteção radiológica, é calculada
multiplicando-se a dose absorvida por um fator numérico adimensional.
Fator = 25, para prótons, nêutrons e partículas alfa;
Fator = 2, para radiação beta;
Fator = 1 para raios X, gama e elétron.
Unidade 1 Sievert (Sv) = 1 Gray . (Fator)
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Atividade
A atividade de uma amostra radioativa é o número de desintegrações nucleares
por unidade de tempo.
Unidades: 1 Curie (Ci) = 3,7 . 1010 desintegrações
1 Ci = 3,7 . 1010 Becquerel
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Trabalho
A clorofila a apresenta picos de absorção de luz nos comprimentos de onda de 435
nm (azul) e 675 nm (vermelho). Qual a energia associada a esses fótons. Expresse
a energia em Joules e eV.
E = hc
l
h = constante de Planck (6,63 .10-34 J.s)
1 eV = 1,6.10-19 J
c = 3.108 m/s
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Referências
OKUNO, E., CALDAS, I. L., CHOW, C. Física para ciências biológicas
e biomédicas. Editora Harbra, 1986.
GARCIA, E. A. C. Biofísica. Editora Savier, 2000.
http://www.scienceofspectroscopy.info/
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