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INTRODUÇÃO À MECÂNICA QUÂNTICA E A FÍSICA

NUCLEAR

Prof.: Giovane Irribarem de Mello Prof.: Giovane Irribarem de Mello

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- 1870 A Ampola de Crookes e os Misteriosos Raios Catódicos

(William Crookes – Físico Inglês)

- 1887 Descarga Elétrica Induzida (Heinrich Rudolf Hertz)

Primeira observação de que os metais sob luz ultra-violeta emitem elétrons.

- 1887 Enigma Sobre a Velocidade da Luz (Albert Abraham Michelson e Edward Morley – Físicos Americanos)

A Busca infrutiva do Éter Luminífero.

- 1888 Ejeção de Elétrons (WilhelmHallwachs – Físico Alemão)

-- Estimulado pelo trabalho de Hertz, Estimulado pelo trabalho de Hertz, WilhelmWilhelmHallwachsHallwachs mostrou que corpos metmostrou que corpos metáálicos licos irradiados com luz ultravioleta adquiriam irradiados com luz ultravioleta adquiriam carga positiva.carga positiva.-- Afirmou que as descargas produzidas Afirmou que as descargas produzidas por por HertzHertz, deveriam ser cargas negativas. , deveriam ser cargas negativas.

- 1895 A Descoberta dos Raios-X (Wilhelm Conrad Roentgen –

Físico Alemão)

-- Placa Fluorescente de Cianeto de Platina e BPlaca Fluorescente de Cianeto de Platina e Báário. rio.

1897 – A Descoberta do Elétron (Joseph John Thomson)

Em1897, Thomson determinou que a proporção carga-massa de um elétron é 1,76×108C/g.Objetivo: encontrar a carga no elétron para determinar sua massa.

Robert Andrews Millikan1907 1907 ininííciouciou seu famoso experimento para seu famoso experimento para determidetermi--

narnar a carga fundamental usando gotas da a carga fundamental usando gotas da áágua.gua.Em 1911 substitui a Em 1911 substitui a áágua por gua por óóleo.leo.Determinou que as cargas das gotas eram mDeterminou que as cargas das gotas eram múúltiplosltiplos

de de 1,59x101,59x10--1919 C, C, ““QUANTIZAQUANTIZAÇÇÃO DA CARGA ELÃO DA CARGA ELÉÉTRICATRICA””!!

- 1900 Quantização da Energia (Max Karl Ernst Ludwig Planck – Físico Alemão)

-- Nascimento da Mecânica Quântica.Nascimento da Mecânica Quântica.-- DistribuiDistribuiçção de energia da luz emitida por sisão de energia da luz emitida por sis--

temas conhecidos como temas conhecidos como corpos negroscorpos negros..-- Os pacotes de energia, são bem definidos e Os pacotes de energia, são bem definidos e

em quantidades discretas.em quantidades discretas.-- Denominou esta quantidade de energia de Denominou esta quantidade de energia de

quantumquantum (plural = (plural = quantaquanta) e significa menor ) e significa menor porporçção na natureza.ão na natureza.

E = n.h.fE = n.h.f

- 1902 Um Físico Mau-Caráter (PhilippEduard Anton Lénárd – Físico Húngaro)

1) Acreditava que os raios catódicos eram ondas eletromagnéticas.2) Seus trabalhos com os tubos de Crookes foram importantes para a descoberta do Elétron e o Raio X.3) Afirmou que:I - o efeito observado por Hallwachs, era uma propriedade dos metais.II - poderia ser produzido não apenas por U.V., mas também por luz visível.III - as cargas liberadas eram elétrons.IV – a energia cinética dos elétrons era proporcional à “Freqüência” da radiação incidente.

- A partir de 1919, Lenard passou a argumentar pelo estabelecimento de uma "física alemã", não contaminada por teorias judias, atacando Eins-tein como socialista, pacifista e judeu, mas acima de tudo por ser um teórico.

1905 Publicação Bombástica (Albert Einstein – Físico Alemão)

- 1905 Einstein publica em uma revista três artigos:I - Efeito Fotoelétrico/Dualidade Onda-Partícula- Fótons, pacotes de energia.- A energia do fóton depende exclusivamente da freqüência.E = h.f

Fótons não possuem massa de repouso.- Intensidade da Radiação muda apenas o número de fótons-elétrons ejetados da superfície do metal.- Fótons não possuem massa de repouso.- A ejeção dos elétrons da superfície do metal depende da fun-ção “Trabalho”, ou seja, cada metal tem uma energia associada para liberar os elétrons.- A energia cinética dos elétrons ejetados:

EC = h.f - W

- A freqüência da radiação altera a ener-gia dos fótons-elétrons

II – Explicação para o Movimento Browniano. “O movimento browniano representa um mode-lo observável do movimento molecular.”III - A Teoria Especial da Relatividade “Einstein quis dizer que a velocidade da luz, no vácuo, éconstante, independentemente dos movimentos uniformes da fonte e do observador.”

c= velocidade da luz É impossível perseguir a luzc= 299.792.458 m/s(ou ≈ 3x108m/s)

-Implicações sobre a constância da luz para corpos que viajem próximos a velocidade da luz:

a) o tempo passa mais devagar!(Paradoxo dos gê-meos)b) contração das dimensões do corpo.- Equivalência de Massa e Energia

I – Fissão NuclearII – Fusão Nuclear

- 1924 Dualidade Partícula-Onda (Louis Victor Pierre Raymond DeBroglie)

Ondas de MatOndas de Matéériaria

v.mh

=λv.m

h=λ

v.mh

=λ

v.mh

=λ

- A Prova Para De Broglie (Clinton J.Davisson e Lester H. Germer –Físicos Americanos)

DifraDifraçção de ão de eleléétronstrons

- 1924 EFEITO COMPTON (Arthur HollyCompton – Físico Americano)

ConsideraConsideraçções sobre o Efeito Compton:ões sobre o Efeito Compton:I I -- a colisão muda o comprimento de onda do a colisão muda o comprimento de onda do ffóóton original.ton original.II II -- a energia a energia E = E = hfhf do fdo fóóton diminuiton diminui ..

1927- Princípio De Incerteza De Heisenberg

Para os elétrons: não podemos determinar seu momento e sua posição simultaneamente.

ΔΔp.p.ΔΔx x ≈≈ hh

Mas podemos, baseando-nos na estatística, determinara proba-bilidade de encontrar um elétron em determinada região.

ΔΔE.E.ΔΔt t ≈≈ h h

WERNER KARL HEISENBERG

FÍSICA NUCLEARRadioatividadeRadioatividade1896 Radia1896 Radiaçção Penetrante dos Sais de Urânio ão Penetrante dos Sais de Urânio (Antoine (Antoine Henri Henri BecquerelBecquerel –– FFíísico Francês)sico Francês)Sais de urânio emitiam radiaSais de urânio emitiam radiaçção invisão invisíível capaz vel capaz de escurecer uma placa fotogrde escurecer uma placa fotográáfica.fica.

1898 Nasce a Radioatividade (Marie 1898 Nasce a Radioatividade (Marie SklodowskaSklodowska--CurieCurie –– FFíísica Polonesa)sica Polonesa)Descobre o Elemento RDescobre o Elemento Ráádio e Polônio. dio e Polônio.

1911 Modelo Atômico (Ernest 1911 Modelo Atômico (Ernest RutherfordRutherford –– FFíísico sico NeoNeoZelandêsZelandês))

Conclusões de Rutherford:Conclusões de Rutherford:I I -- Descobriu que o Descobriu que o áátomo era praticamente vazio e não macitomo era praticamente vazio e não maciçço, se o, se assemelhando a um Sistema Solar em miniatura.assemelhando a um Sistema Solar em miniatura.II II -- A maior parte de sua massa estA maior parte de sua massa estáá concentrada num pequeno nconcentrada num pequeno núúcleo cleo central.central.III III –– NNúúcleo com carga positiva. cleo com carga positiva.

1913 - Neils Henrik David Bohr

O elO eléétron pode se mover em determinadas tron pode se mover em determinadas óórbitas sem irradiar. rbitas sem irradiar. Essas Essas óórbitas estrbitas estááveis são denominadas veis são denominadas estados estacionestados estacionááriosrios. . O elO eléétron irradia quando salta de um estado estaciontron irradia quando salta de um estado estacionáário para rio para outro mais interno, sendo a energia irradiada dada por :outro mais interno, sendo a energia irradiada dada por :

E = E = hfhf = = EEii –– EEff

A energia em cada estado estacionA energia em cada estado estacionáário, ou nrio, ou níível n, vel n, éé dada por dada por EEnn= = --13,6/n13,6/n22

1932 – Sir James Chadwick e a Descoberta do Neutron

Muitos Muitos áátomos apresentavam massas maiores do que poderia tomos apresentavam massas maiores do que poderia explicar um modelo contendo apenas elexplicar um modelo contendo apenas eléétrons e prtrons e próótons, indicando a tons, indicando a existência de um terceiro tipo de partexistência de um terceiro tipo de partíícula sem carga, e com massa cula sem carga, e com massa aproximadamente igual a do praproximadamente igual a do próóton. ton.

RADIOATIVIDADE•Um alto desvio no sentido da chapa positiva corresponde à radiação que é negativamente carregada e tem massa baixa. Essa se chama radiação β (consiste de elétrons).• Nenhum desvio corresponde a uma radiação neutra. Essa se chama radiação γγ.• Um pequeno desvio no sentido da chapa carregada negativamente corresponde à radiação carregada positivamente e de massa alta. Essa se chama radiação αα.

PROCESSOS RADIOATIVOS

Processos Nucleares:I I -- Fissão Nuclear:Fissão Nuclear: Fissão Nuclear Fissão Nuclear éé o processo de quebra o processo de quebra de nde núúcleos grandes em ncleos grandes em núúcleos menores, liberando uma cleos menores, liberando uma grande quantidade de energia.grande quantidade de energia.Em uma fissão nuclear os fragmentos resultantes da Em uma fissão nuclear os fragmentos resultantes da rearea--ççãoão são mais leves se somados em relasão mais leves se somados em relaçção ao não ao núúcleo de cleo de Urânio. Urânio.

NNúúcleos Radioativos podem emitir algumas partcleos Radioativos podem emitir algumas partíículas e culas e radiaradiaçção.ão.αα ⇒⇒ nnúúcleo de hcleo de hééliolioββ ⇒⇒ eleléétrontronγγ ⇒⇒ O.E.MO.E.MAplicaAplicaçções: Uso militar e Reatores.ões: Uso militar e Reatores.Problemas dos reatores Problemas dos reatores éé lixo nuclear.lixo nuclear.

Reação em Cadeia.

Fusão NuclearFusão NuclearFusão Nuclear Fusão Nuclear éé a união de na união de núúcleos pequenos formando cleos pequenos formando nnúúcleos maiores e liberando uma quantidade muito cleos maiores e liberando uma quantidade muito grande de energia.grande de energia.Dois prDois próótons e dois nêutrons são mais massivos tons e dois nêutrons são mais massivos sepasepa--radosrados do que juntos formando o Helio. do que juntos formando o Helio.

Exemplos de fusão nuclear: Exemplos de fusão nuclear:

SOL ou estrelasSOL ou estrelas TokamakTokamak

ReaReaçção de Fusão Nuclear.ão de Fusão Nuclear.

FIMFIM