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Física Moderna I - Propriedades Corpusculares da Radiação
UM ESPECTRO DE ENERGIA RONDA A HUMANIDADE
SENAI – 14/04/2011José Fernando Fragalli
Departamento de Física – Udesc/Joinville
Física Moderna I - Propriedades Corpusculares da Radiação
1. Introdução
2. A Natureza da Luz
3. Luz – Comportamento Ondulatório
4. Luz – Comportamento Corpuscular
5. O Espectro da Radiação Eletromagnética
6. Aplicações da Radiação Eletromagnética – Geral
7. Aplicações da Radiação Eletromagnética – Infravermelho, Luz Visível, e Ultravioleta
A RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA
Física Moderna I - Propriedades Corpusculares da Radiação
A LUZ VISÍVEL – apenas um pedaço do espectro...
1. INTRODUÇÃO
De todo o espectro eletromagnético, a luz visível é o primeiro contato que o ser humano tem com a radiação.
A RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA
Física Moderna I - Propriedades Corpusculares da Radiação
LUZ e COR – tudo a ver...
1. INTRODUÇÃO
A luz é composta de várias cores...
A RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA
Só conseguimos enxergar as cores quando existe luz...
Física Moderna I - Propriedades Corpusculares da Radiação
Como o ser humano “vê” a luz?
1. INTRODUÇÃO
O “olhar” do ser humano sobre a luz modificou-se desde as primeiras concepções sobre ela, até os dias atuais.
A RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA
Física Moderna I - Propriedades Corpusculares da Radiação
1. Introdução
2. A Natureza da Luz
3. Luz – Comportamento Ondulatório
4. Luz – Comportamento Corpuscular
5. O Espectro da Radiação Eletromagnética
6. Aplicações da Radiação Eletromagnética – Geral
7. Aplicações da Radiação Eletromagnética – Infravermelho, Luz Visível, e Ultravioleta
A RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA
Física Moderna I - Propriedades Corpusculares da Radiação
Como a ciência vê a luz: idéias filosóficas
Em meio ao texto* do De Rerum Natura ele apresenta a idéia filosófica que a luz seria composta de pequenas partículas.
Lucrécio (99-55 AC)
*http://onlinebooks.library.upenn.edu/webbin/gutbook/lookup?
num=785.
Frontispício do De Rerum
Natura
A RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA
2. A NATUREZA DA LUZ – uma visão histórica
Física Moderna I - Propriedades Corpusculares da Radiação
Como a ciência vê a luz: idéias filosóficas
De Rerum Natura é um poema didático, dividido em seis livros.
Neste poema Lucrécio proclama a realidade do homem em um Universo sem deuses e tenta libertá-lo de seu temos da morte.
Propõe que a substância é eterna, e que os átomos movem-se em um infinito vazio.
Por isso, Lucrécio é considerado um atomista, seguidor das idéias de Demócrito.
A RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA
2. A NATUREZA DA LUZ – uma visão histórica
Física Moderna I - Propriedades Corpusculares da Radiação
Primeiras idéias científicas – Newton
No Século XVI, uma teoria corpuscular se consolidou como um conjunto de idéias capaz de explicar os fenômenos ópticos conhecidos à época (refração, reflexão e dispersão).
Isaac Newton (1643-1727)
A RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA
2. A NATUREZA DA LUZ – uma visão histórica
Física Moderna I - Propriedades Corpusculares da Radiação
Primeiras idéias científicas – Newton
Em seu livro Opticks (Óptica) Isaac Newton (1640-1727) discutiu implicitamente a natureza da luz, sem apresentar uma defesa ardorosa de sua teoria.
Estátua de Isaac Newton no Trinity College (Cambridge – Londres)
Sepultura de Isaac Newton – Abadia de
Westminster
Frontispício do Opticks
A RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA
2. A NATUREZA DA LUZ – uma visão histórica
Física Moderna I - Propriedades Corpusculares da Radiação
Primeiras idéias científicas – Newton
Nos seus trabalhos publicados e não publicados Newton discutiu implicitamente a natureza física da luz, fornecendo alguns argumentos a favor da materialidade da luz.
Os trabalhos citados acima são os artigos “Nova Teoria sobre Luz e Cores*, “Hipótese da Luz”, Discurso sobre as Observações” e o livro Opticks.
*Silva, C. & Martins R. "Nova teoria sobre luz e cores: uma tradução comentada", Revista Brasileira de Ensino de Física18(4): 313-27, 1996.
A RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA
2. A NATUREZA DA LUZ – uma visão histórica
Física Moderna I - Propriedades Corpusculares da Radiação
Primeiras idéias científicas – Newton
Apesar de ser conhecido como o grande defensor da teoria corpuscular, Newton nunca discutiu em detalhes o assunto, sendo sempre cauteloso ao abordá-lo.
A razão desse comportamento seria as críticas recebidas sobre o artigo "Nova teoria sobre a luz e cores" de 1672, advindas principalmente de Robert Hooke e Christian Huygens.
Christian Huygens
(1629-1695)
Robert Hooke(1635-1702)
A RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA
2. A NATUREZA DA LUZ – uma visão histórica
Física Moderna I - Propriedades Corpusculares da Radiação
Uma outra idéia sobre a luz – Huygens
No Século XVII, Christian Huygens (1629-1695) formulou a teoria que a luz era um fenômeno ondulatório.
Christian Huygens
(1629-1695)
Em 1678 Huygens escreveu o livro Traitbe de la Lumiaere (Tratado sobre a Luz), no qual argumentou em favor de um modelo ondulatório da luz.
Frontispício do Traité de la
Lumière
A RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA
2. A NATUREZA DA LUZ – uma visão histórica
Física Moderna I - Propriedades Corpusculares da Radiação
Através do conceito de frentes de onda, esta teoria deu uma nova e mais completa explicação para os fenômenos da reflexão.
Uma outra idéia sobre a luz – Huygens
A RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA
2. A NATUREZA DA LUZ – uma visão histórica
Física Moderna I - Propriedades Corpusculares da Radiação
Através do conceito de frentes de onda, esta teoria deu uma nova e mais completa explicação para os fenômenos da refração.
Uma outra idéia sobre a luz – Huygens
A RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA
2. A NATUREZA DA LUZ – uma visão histórica
Física Moderna I - Propriedades Corpusculares da Radiação
Experimentos Básicos – Grimaldi
Francesco Maria Grimaldi (1618-1663) observou os efeitos de difração, mas o significado de suas observações não foi compreendida naquela época.
Francesco Grimaldi
(1618-1663)
A RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA
2. A NATUREZA DA LUZ – uma visão histórica
Física Moderna I - Propriedades Corpusculares da Radiação
O resultado de suas observações foi publicado postumamente em 1665 no livro “Physico Mathesis de Lumine, Coloribus, et Iride”.
Em português o título do livro é “Teses Físicas da Luz, Cor e Visão”.
Frontispício do Physico Mathesis de Lumine,
Coloribus et Iride
Experimentos Básicos – Grimaldi
A RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA
2. A NATUREZA DA LUZ – uma visão histórica
Física Moderna I - Propriedades Corpusculares da Radiação
No início do Século XIX, Thomas Young (1773-1829) fez alguns experimentos com a luz.
Thomas Young(1773-1829)
Experimentos Básicos – Young
A RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA
2. A NATUREZA DA LUZ – uma visão histórica
Física Moderna I - Propriedades Corpusculares da Radiação
Augustin Fresnel(1788-1827)
Augustin Fresnel (1788-1827) também fez alguns experimentos com a luz.
Lente de Fresnel na ilha de Kullens – Suécia
A RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA
2. A NATUREZA DA LUZ – uma visão histórica
Experimentos Básicos – Fresnel
Física Moderna I - Propriedades Corpusculares da Radiação
1. Introdução
2. A Natureza da Luz
3. Luz – Comportamento Ondulatório
4. Luz – Comportamento Corpuscular
5. O Espectro da Radiação Eletromagnética
6. Aplicações da Radiação Eletromagnética – Geral
7. Aplicações da Radiação Eletromagnética – Infravermelho, Luz Visível, e Ultravioleta
A RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA
Física Moderna I - Propriedades Corpusculares da Radiação
Fenômenos ondulatórios: reflexão, refração e polarização
Todos os experimentos até agora podem ser compreendidos tratando a luz como tendo comportamento ondulatório.
A RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA
3. LUZ – Comportamento Ondulatório
Física Moderna I - Propriedades Corpusculares da Radiação
Logo, a conclusão a que chegamos é que é possível descrever a luz a partir de um comportamento puramente ondulatório.
A RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA
3. LUZ – Comportamento Ondulatório
Fenômenos ondulatórios: interferência e dispersão
Física Moderna I - Propriedades Corpusculares da Radiação
A velocidade da luz em outros meios
Em 1850, Jean Bernard Léon Foucault (1819-1868) descobriu que a luz de deslocava mais rápido no ar do que na água.
Este resultado contrariava a teoria corpuscular de Newton.
Jean Foucault(1819-1868)
A RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA
3. LUZ – Comportamento Ondulatório
Física Moderna I - Propriedades Corpusculares da Radiação
Definitivamente, a luz se comporta como onda
James Maxwell(1819-1868)
Na segunda metade do Século XIX, James Clerk Maxwell (1831-1879) provou que a velocidade de propagação de uma onda eletromagnética no espaço equivalia à velocidade de propagação da luz.
A RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA
3. LUZ – Comportamento Ondulatório
Física Moderna I - Propriedades Corpusculares da Radiação
É mesmo uma onda....
Nas palavras de Maxwell, “a luz é uma “modalidade de energia radiante” que se “propaga” através de ondas eletromagnéticas”.
Maxwell apresentou seus resultados no livro “A Treatise on Electricity and Magnetism”, publicado em 1873.
A RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA
3. LUZ – Comportamento Ondulatório
Física Moderna I - Propriedades Corpusculares da Radiação
Produção de Ondas Eletromagnéticas
Heinrich Rudolf Hertz (1857-1894)
Busto no campus da Universidade de Karlsruhe. Tradução: Neste local descobriu Heinrich Hertz as ondas eletromagnéticas nos anos 1885 — 1889
Heinrich Hertz (1857-1894) demonstrou de forma experimental a existência da radiação eletromagnética criando aparelhos emissores e detectores de ondas de rádio.
3. LUZ – Comportamento Ondulatório
A RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA
Física Moderna I - Propriedades Corpusculares da Radiação
Produção e Recepção de Ondas Eletromagnéticas
Oscilador de Hertz Rádio Receptor
3. LUZ – Comportamento Ondulatório
A RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA
Física Moderna I - Propriedades Corpusculares da Radiação
1. Introdução
2. A Natureza da Luz
3. Luz – Comportamento Ondulatório
4. Luz – Comportamento Corpuscular
5. O Espectro da Radiação Eletromagnética
6. Aplicações da Radiação Eletromagnética – Geral
7. Aplicações da Radiação Eletromagnética – Infravermelho, Luz Visível, e Ultravioleta
A RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA
Física Moderna I - Propriedades Corpusculares da Radiação
A Descoberta de Hertz
Hertz notou que a centelha elétrica entre o anodo e o catodo acontecia mais facilmente quando o cátodo (o pólo negativo) era exposto à luz ultravioleta.
Em 1887 Hertz obteve a primeira evidência da relação da luz com fenômenos elétricos.
A RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA
4. LUZ – Comportamento Corpuscular
O Efeito Fotoelétrico
Física Moderna I - Propriedades Corpusculares da Radiação
Resultados melhorados de Hallwachs
Em 1888 Wilhelm Ludwig Franz Hallwachs (1859-1822) deu prosseguimento aos experimentos de Hertz.
Desenho original no artigo de Hallwachs Wilheim
Hallwachs(1850-1920)
A RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA
4. LUZ – Comportamento Corpuscular