hc = 1240 ev - usp€¦ · einstein e a quantização da luz entropia molar de um gás ideal...
Post on 06-Oct-2020
5 Views
Preview:
TRANSCRIPT
4300375 - Física Moderna 1 Aula 3 1
Osciladores: quântico x clássico
hc = 1240 eV.nm
4300375 - Física Moderna 1 Aula 3 2
Osciladores: quântico x clássico
4300375 - Física Moderna 1 Aula 3 3
Vamos estudar vários fenômenos que evidenciam a natureza corpuscular da radiação eletromagnética:
• efeito fotoelétrico; • produção de raios-X (bremsstrahlung) • espalhamento Compton • produção e aniquilação de pares (e+/e–)
Efeito fotoelétrico 1887, Hertz ⇒ ∃ ondas eletromagnéticas. Descarga elétrica facilitada se 1 dos eletrodos iluminado com UV. 1888, Halwach ⇒ emissão de partículas negativas. 1897, J.J. Thomson ⇒ identifica o e–. 1902, Lenard ⇒ UV arranca elétrons da superfície do catodo. Efeito fotoelétrico! Estudos sistemáticos.
Propriedades corpusculares da radiação e.m.
4 4300375 - Física Moderna 1 Aula 3
Ef = hv
Efeito fotoelétrico
5
Esquema do equipamento experimental utilizado
Luz incidente
Resultados i x V para 2 intensidades com mesma frequência
4300375 - Física Moderna 1 Aula 3
ia
ib
6
Resultados para Vxf
4300375 - Física Moderna 1 Aula 3
7
R.A. Millikan, Phys. Rev. 7(1916)355
4300375 - Física Moderna 1 Aula 3
8
Problemas com a teoria clássica: 1. Intensidade I ∝ E2 e a força no elétron é F = eE ⇒ Δp ∝ E ⇒ Ec dos e–, portanto V, deveria aumentar com a intensidade. Mas V independe de I (variações de 107); 2. Efeito deveria ocorrer para qualquer frequência, mas, para f < fo , não há efeito (para qualquer I); 3. Retardamento: Área efetiva de absorção = área do átomo. Átomo deve ir absorvendo energia da luz até o elétron escapar ⇒ atraso. (fazer Ex. 2.1 do Eisberg, pg. 54)
4300375 - Física Moderna 1 Aula 3
9 4300375 - Física Moderna 1 Aula 3
10
Um dos trabalhos que Einstein publicou em 1905 tratava de um modelo quântico para a radiação eletromagnética, ampliando a hipótese de Planck. Radiação eletromagnética é quantizada em pacotes (quanta, plural de quantum, chamados de fótons, depois) com energia E = hf. Processo fotoelétrico: 1 e– absorve toda a energia de 1 fóton.
Assim: Ec = eV = hf – W. Na superfície: Ec,max = hf – W0
W0 → função trabalho (energia mínima para tirar o e– do metal). Modelo válido para todo espectro eletromagnético, não apenas para o visível.
4300375 - Física Moderna 1 Aula 3
Einstein e a quantização da luz
11 4300375 - Física Moderna 1 Aula 3
Einstein e a quantização da luz
Metal Função Trabalho (eV) Na 2,36 Al 4,1 Cu 4,7 Zn 4,3 Ag 4,6 Pt 5,5 Pb 4,25 Fe 4,7 Ba 2,6 Ce 2,9
12 4300375 - Física Moderna 1 Aula 3
Einstein e a quantização da luz Entropia molar de um gás ideal (Moysés, vol. 2, pág. 224): s(V,T) = cVlnT + klnV + const. Portanto, uma variação (V2 – V1), com U constante:
( )
( ) .ln
:por dada é freqüência de componenteda entropia de variaçãoa constante, a volumede variaçãouma para Assim,
).,,(constantelnconstante8
ln1
:asrelacionad estão , freqüência de intervalo um em , volumeum em, e Assim,
.8
ln1 .8
ln :que temos, 8
: Wiende lei a vale,1 limite no que, Lembrando .1: térmicoequilíbrio em sistema um de ra temperatuadefinir podemos
, :entropia de espectral densidade a Definindo .ln
1
2
3
3
3
3
3
3
3
3
1
2
VVk
hvUS
vU
vvUVhvkU
vVπhvUc
hvkUS
dv)(v, vVUSπhv
uchvkus
πhvuc
hvk
dsdue
cπhvu
vdsdu
SU
T
dvsVS
VVNkS
U
vvv
v
v
vkThvv
v
v
V
vU
⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛=Δ
Δ+=+⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛
Δ−=
+
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛−=⇒−==
>>=⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛∂
∂=
==Δ
∫
∫
−
(Caruso & Oguri, pág. 330)
⇒ Radiação ≡ gás ideal, se U = Nhv
13 4300375 - Física Moderna 1 Aula 3
14
Photoelectric Charging of Dust Particles in Vacuum A. A. Sickafoose, J. E. Colwell, M. Horányi, and S. Robertson Phys. Rev. Lett. 84, 6034 (26 June 2000)
NASA Dusty rings. Voyager's images of Saturn's rings revealed "spokes" resulting from charged dust particles moving in the planet's magnetic field, which proved that gravity alone cannot explain planetary ring dynamics. To learn more about the dust charging process, researchers demonstrated dust charging by light.
Space Dust in a Vacuum Physics Today, 27 June 2000
© 2000, The American Physical Society. All rights reserved.
4300375 - Física Moderna 1 Aula 3
top related