fisica moderna i_parte i

Upload: arthur-souza

Post on 07-Mar-2016

22 views

Category:

Documents


0 download

DESCRIPTION

nnnn

TRANSCRIPT

  • 1A FSICA QUNTICA: O QUE , E PARA QUE SERVE

    A fsica quntica a teoria que descreve o comportamento da matria

    na escala do "muito pequeno", ou seja, a fsica dos componentes da

    matria; tomos, molculas e ncleos, que por sua vez so compostos

    pelas partculas elementares. Tambm descreve as excitaes (fnons,

    magnons, etc) que se propagam no interior da matria.

    Ler: Tipler, Seo 3-1

  • 2Max Planck : O incio da Teoria Quntica

    Max Planck (circa 1930)

    A 14 de dezembro de 1900, a Sociedade Alem de Fsica recebeu umaproposta que viria a mudar radicalmente a interpretao fsica do mundo.

    Max Planck, apresentou seu artigo: Sobre aTeoria da Lei de Distribuio de Energia do EspectroNormal, que consistia no estudo das trocas deenergia e emisso de radiaes trmicas de umcorpo negro.

    A data de sua apresentao considerada como sendo a donascimento da Fsica Quntica

  • 3RADIAO TRMICA

    a radiao emitida por um corpo em funo de sua temperatura. Todosos corpos a nossa volta esto constantemente emitindo e absorvendoradiao trmica; para temperaturas usuais a emisso se d numa faixa defreqncia de infravermelho (1012 - 1014 Hz), que no visvel. Da odesenvolvimento de visores noturnos, eles detectam exatamente essaradiao no infravermelho.

    Quando chegamos a ver a radiao trmica emitida por um corpo, porexemplo brasas e filamentos de lmpadas, isto significa que a temperaturadesses corpos deve ser bastante elevada.

    Se um corpo est mais quente que sua vizinhana a emisso deradiao Trmica vai predominar sobre a absoro, e se ele estiver maisfrio, a absoro vai predominar. Quando um corpo est em equilbriotrmico com sua vizinhana a emisso igual absoro (lei deKirchhoff).

  • 4 A radiao emitida por corpos aquecidos, estudada por Kirchhoff em 1859,deu origem a uma nova fsica.

    O estudo do espectro desta radiao em funo da temperatura, mostrouque o fenmeno dependia de dois fatores: a freqncia da radiao e atemperatura do corpo.

    Conclui-se que corpos bons emissores de radiao tambm so bonsabsorvedores. Com base nisso imaginou-se o conceito de corpo negro.

    As primeiras medidas experimentais foram feitas por Stefan em 1884.

    No mesmo ano, Boltzmann demonstrou teoricamente o resultado

    obtido por Stefan.

    Atualmente o resultado conhecido como lei de Stefan-Boltzmann.

  • 5

  • 6O que um corpo negro?

    Um corpo negro ideal ento, um corpo que absorve toda aradiao incidente sobre ele, ou seja, ele no capaz derefletir a radiao incidente.

    Nosso senso comum diz que corpo negro um objeto de corpreta que tem como propriedade absorver praticamente todaa luz incidente sobre ele.

    Esta definio est perto da definio correta, vamos apenas estend-la e considerar todo tipo de radiao.

    Corpo negro espectro trmico universal

  • CorpoNegro

    Corposnegros:mesmatemperaturaemitemradiaotrmicacomomesmoespectro

    RT():radincia espectral distribuioespectraldaradiao=Energiatotalemitidaporintervalodefrequncia

    RT()d:energiaemitidaporunidadedetempoemradiaodefrequnciaentre e+d porunidadedereatemperaturaT

    Lummer ePringsheim (1899) primeirasmedidasprecisas

    0

    )( dvvRR TT

    7

  • 8 Notequeafrequncia naqualradincia mximaaumentalinearmentecomatemperatura

    Apotnciatotalemitida(reasobacurva)aumentamuitorapidamentecomatemperatura

    Faixavisvel (4,5 7,5)x1014 Hz

  • 9

  • 10

    LeideStefanBoltzmann 42

    Tr 4

    PI(T)

    I IntensidadederadiaoP PotnciaIrradiada ConstantedeStefanBoltzmann=5,67108 W/m2K4

    LeidodeslocamentodeWien max T

    Obs:Ambasasleissoexperimentais!!

  • 11

    Exemplos de Corpos Negros

  • Radiao de Corpo Negro

    Funo distribuio espectralSol ~ corpo negro a 5.800 K

    Lei do deslocamento de Wien:

    12

  • ATeoriaClssicadaRadiaodeCavidade

    RayleigheJeans clculodaradiaodecavidade DivergnciaentreaFsicaClssicaeosresultadosexperimentais

    SejaumacavidadecomparedesmetlicasaquecidasuniformementeaumatemperaturaT

    Asparedesemitemradiaoeletromagnticanafaixatrmica

    Aradiaodeveexistirnaformadeondasestacionriascomnsnassuperfciesmetlicas

    Fazseacontagemdonmerodeondasestacionrias

    Usaseateoriacinticadosgasesparacalcularaenergiatotalmdiadessasondasquandoosistemaestemequilbriotrmico

    AenergiatotalmdiadependeapenasdatemperaturaT

    Onmerodeondasestacionriasnointervalodefrequncias,multiplicadopelaenergiamdiadasondasedivididopelovolumedacavidade energiamdiacontidaemumvolumeunitrionointervalo e +d

    IstoresultanadensidadedeenergiaT()

    13

  • 14

    Vamos imaginar um objeto com uma cavidade conectada como exterior atravs de um pequeno orifcio. A radiao incidente

    sobre o orifcio refletida seguidamente pelas paredes internas

    da cavidade, e dificilmente conseguir sair pelo orifcio.

    Sendo assim, o orifcio (aproximadamente) um corpo

    negro, j que quase toda a

    radiao incidente sobre ele

    absorvida!!

  • Cavidade:modelo decorponegro

    Radiao de cavidade densidade de energia T() : Energia contida em um volume unitrio da cavidade a

    temperatura T no intervalo de frequncia e +d Essas quantidades so proporcionais

    Radiao de cavidade equivalente radiao de corpo negro)()( vRv TT

    15

  • Clculo da Densidade de Energia

    Simplificao cavidade = cubo de aresta a A radiao decomposta nas 3 componentes

    Essas componentes so tratadas separadamente

    Formao de ondas estacionrias paralelas s arestas

    O vetor campo eltrico da radiao E paralelo s paredes

    E deve ser zero nas paredes ns em x=0 e x=a O mesmo ocorre nas direes y e z

    Essas condies limitam as possveis frequncias de radiao na cavidade

    16

  • 17

    Vamos fazer a contagem do nmero de ondas estacionrias. 1. caso

    particular:

    Componente x cavidade 1-D de comprimento a Campo eltrico para ondas estacionrias:

    A amplitude zero em qualquer t para as posies

    a onda tem ns fixos No extremo x=a, temos

    )2()/2(),( 0 vtsenxsenEtxE /cv

    ,3,2,1,0/2 x

    2 / onde 1, 2, 3, 4, ...a n n

  • 18

    Frequncias possveis = c/ e 2a/ = n

    N() d : nmero de frequncias possveis entre e +d N() d = (2a/c) d Contando os dois estados de polarizaes independentes

    Queremos mostrar que, para o caso 3-D, temos:

    ...,4,3,2,12/ nacnv

    dvcadvvN 4)(

    dvvc

    VdvvN 23

    8)(

  • 19

    Caso 3-D Consideremos a onda estacionria cuja direo dada pelos ngulos

    A distncia entre os planos nodais Nos trs eixos, a distncia entre ns / 2 / 2 cos ;

    / 2 / 2 cos ;

    / 2 / 2 cos

    x

    y

    z

  • As trs componentes dos campos eltricos so

    Para que elas tenham ns em x=a, y=a e z=a:

    Onde nx,y,z = 1, 2, 3, ...

    )2()/2(),(

    )2()/2(),(

    )2()/2(),(

    0

    0

    0

    vtsenxsenEtzEvtsenxsenEtyEvtsenxsenEtxE

    zz

    yy

    xx

    2 /

    2 /

    2 /

    x x

    y y

    z z

    x n para x ay n para y az n para z a

    20

  • 21

    21

    (2 / )cos (2 / )cos (2 / )cosx y za n a n a n

    2222222 coscoscos)/2( zyx nnna 2 2 2cos cos cos 1 222/2 zyx nnna

    222

    2 zyxnnn

    accv

    Substituindo x,y,z:

    Das expresses anteriores,temos:

  • Do octante abaixo, vemos que

    E, da expresso anterior, resulta

    Por construo, cada ponto da rede corresponde a uma frequncia

    (quando o nmero de pontos )22

    222zyx nnnr

    vcar 2

    2 2 2

    2 2x y zc c cv n n n r

    a a

  • 23

    N() d nmero de frequncias permitidas entre e +d N(r) dr nmero de pontos contidos entre as camadas de raios r e

    r+dr

    Portanto N() d = N(r) dr N(r) dr numericamente igual ao volume entre camadas (dV)

    multiplicado pela densidade de pontos (=1 ponto por volume unitrio).

    Porm:

    Portanto 2

    ( ) .12

    r drN r dr dV

    2231 4 1( ) . 4

    8 3 8 2octr drV r r dV r dr

  • 24

    Igualando a N() d e calculando r2 dr:

    Com isso temos a contagem do nmero de ondas estacionrias

    dvvcadvvN 2

    32

    2)(

    32 2 3

    3

    2 8( ) 2. ;

    2

    a VN v dv v dv v dv V ac c

    Contando os dois estados de polarizaes independentes

    Obtivemos o resultado para uma caixa cbica, mas pode-se mostrar que N independe da forma da cavidade

  • 25

    Calcular a energia total mdia de cada onda

    A teoria clssica usa a funo de partio para o clculo da energia

    mdia associada a cada frequncia, tratando o espectro de energia da

    radiao eletromagntica como contnuo.

    Porm, para um sistema fsico contendo um grande nmero de entes

    fsicos em equilbrio trmico a uma temperatura T podese definir

    valores mdios de energia

    Princpio da Equipartio da Energia: cada grau de liberdade contribui

    com : energia kT/2k= Constante de Boltzmann~ 1.3806505 x 1023 J/K

    Cada onda energia total = 2 energia cintica mdia Portanto, cada onda

    Prximo passo

    Tk

  • 26

    Finalmente,adensidadedeenergiadoespectrodecorponegrode

    umacavidadeaumatemperaturaTdadapelaenergiatotaldividida

    pelovolume

    23

    ( ) . ( ) 8( )T

    N v dv v kTv dv v dvV c

    teoria clssica

    experincia

    T = 1500K

  • 27

    DESCRIO CLSSICA: RESUMO ex p /

    ( )k T

    PZ

    exp /conf

    Z kT Distribuio de Boltzmann

    Funo de Partio

    A expresso para a densidade espectral clssica conhecida como leide Rayleigh-Jeans, e tem a seguinte forma:

    0

    0

    ( )

    ( )

    P dk T

    P d

    Princpio da equipartio da energia (teoria clssica)

    A energia calculada nodepende da frequncia

    dc

    kTdt 328

    )(

    Observe-se que, segundo a teoria clssica, a densidade de energia(ou intensidade) proporcional ao quadrado da frequncia!

  • 28

    A CATSTROFE DO ULTRAVIOLETA

    teoria clssica

    experincia

    T = 1500K

    No limite de baixas freqncias , o espectro clssico seaproxima dos resultados experimentais, mas para v grande apreviso clssica falha. (Catstrofe do Ultravioleta)

  • 29

    Lord Kelvin (William Thomson), numa palestra na Royal Society de Londres, em 27 de abril de 1900:

    A beleza e a clareza da Fsica Clssica esto, no presente momento, obscurecidas por duas nuvens.

    O ter e a velocidade da luz Teoria da Relatividade (1905- 1915)

    Radiao de corpos aquecidos Teoria Quntica (1900 1930)

  • 30

  • 31

    Osolumcorponegro?

    Distribuio espectral da energia emitida pelo sol (linha contnua) e por um corpo negro a 5800 K (linha tracejada). Discrepncias so devidas ao fato da fotosfera no estar em equilbrio trmico, e para pequenos s, so devidas emisso de raios x pela corona, que est a temperaturas muito mais altas.

  • 32

    Planckchegouapensarnumaviolao dateoriadaequipartiode

    energia,propondoque

    e

    Comisso,Planckprops

    A SOLUO QUNTICADistribuio de Planck

    Tkv 0 0v

    InterpretaodePlanck:DentrodacavidadevamostervriosmodosdevibraoE.M.,comfrequnciasdiferentes.

  • 33

    Equipartiodaenergia

    Aequipartiodeenergiavemdeumaformaespecialdadistribuio

    deBoltzmann

    P()d aprobabilidadedeencontrarumsistemacomenergiano

    intervalo e+d

    Tk

    TkeP

    kT/

    )(

  • 34

    O valor mdio das energias pode ser calculado por

    Resultando

    0

    0

    )(

    )(

    dP

    dP

    Tk

    TkeP

    kT/

    )(

  • 35

    Planckdescobriuquepoderiaobterumcomportamentotipo

    Mas,paraisso, deveriasertornarumavariveldiscreta:

    Nocasoemque,obtmse

    A(grande)ContribuiodePlanck

    ...,4,3,2,,0

    0

    v

    TkTk

  • 36

    Nocasoemque,obtmseTk Tk

    Quando,obtmseTk Tk

    Resumo da pera Planck descobriu que poderia obter para pequeno e para grande

    Tk0

  • 37

    teoria clssica

    experincia

    T = 1500K

    Concluso: f() (!)

    TkTk

    Tk Tk

    Tk Tk

  • 38

    AHiptesedePlanck

    HiptesedePlanck ou

    ConstantedePlanck:

    h = (6.6260693 0.0000011) 10-34 J.s

    FrmulaobtidaporPlanck:

    Casoslimites:

    v vh

    1)(

    / kThvehvv

    /

    Quando / 0

    1 /

    e ( )

    hv kT

    hv kT

    e hv kT

    v kT

    /

    Quando /

    e ( ) 0

    hv kT

    hv kT

    e

    v

  • 39

    EspectrodocorponegrodePlanck

    Observaes: PlancknoalterouadistribuiodeBoltzmann

    Apenastratouasondascomograndezasdiscretasaoinvsdecontnuas

    dve

    hvc

    vdvv kThvT 18

    )(/3

    2

    Rayleigh-Jeans

  • 40

    Aenergiamdiaobtidadarazoentreassomas,

    anlogasintegrais:

    UsandoseopostuladodePlanck:

    EadistribuiodeBoltzmann:

    temos:

    0

    0

    )(

    )(

    n

    n

    P

    P

    TkeP

    kT/

    )(

    ...,3,2,1,0 nvhn

    /

    0 0/

    00

    o n d e

    n h v k Tn

    n nn h v k T

    n

    nn

    en h v n eh vk T k T

    e k Tek T

    DeduodaexpressodePlanck

  • 41

    0

    0

    0

    0 0

    0 0

    ln

    n

    n n

    nn

    n

    n n

    n n

    n n

    n n

    d ed de

    d e

    d e n ed

    e e

    Porm

  • 42

    00

    lnlnn

    n

    n

    n eddhve

    ddkT

    Portanto:

    2 3

    0

    2 3

    1 2 3

    1

    1

    e (1 ) 1

    n

    ne e e e

    X X X onde X e

    X X X X

    1/

    ( ) ln 1

    1 1 1hv kT

    dv hv ed

    hv e hv hve e e

    Levandoemcontaque:

    temos:

  • 43

    2

    3 /

    ( ) . ( ) 8( )

    1T hv kTN v dv v v hvv dv dv

    V c e

    Espectrodocorponegroemfunodeexerccio)

    2)()()(

    cvddvv TTT

    1

    8)(

    /5 kThcT edhcd

  • 44

    O postulado de Planck

    Qualquer ente fsico com um grau de liberdade cuja coordenada umafuno senoidal do tempo, isto , executa oscilaes harmnicas simples,pode assumir apenas energias totais que satisfaam a relao

    nh 0,1,2,3,...n onde a frequncia da oscilao e h a constante de Planck.

    DIAGRAMA DE NVEIS DE ENERGIA

  • 45

    SeoenteobedeceaopostuladodePlanck:

    Aenergiaquantizada Estadospossveisdeenergia:estadosqunticos n=nmeroquntico

    Exemplo:pndulo

    0,1 rad

    0, 01 kg = 10 g

    10 0,1

    m

    ml cm m

    A energia diminui, por exemplo, por atrito

    P: A diminuio da energia contnua ou descontnua?

    1 1 9 , 81, 6 H z

    2 2 0 ,1

    gl

    5(1 cos ) 0 .5 J1mgh mgl

  • 46

    Aconstanteh defineotamanho dascoisasquedevemser

    consideradasqunticas ouclssicas.

    h =(6.6260693 0.0000011)x1034 J.sFonte:www.nist.gov

    34 336,63 10 1,6 10 JE h 292 10

    EE

    Paraobservarmosqueadiminuionaenergiadiscreta:

    precisomaiorqueduaspartesem1029 !!

    Mas,

  • Prob. 1:Uma lmpada de sdio com potncia (P) de 100 W irradia energia ( = 589 nm)

    uniformemente em todas as direes. a) Quantos ftons por segundo (R) so emitidos pela lmpada?b) A que distncia da lmpada uma tela totalmente absorvente absorve ftons razo

    (ou fluxo: F) de 1,00 fton/(cm2 s) ?c) Qual o fluxo de ftons, F (por unid. de rea e de tempo), em uma pequena tela

    situada a 2,00 m da lmpada?

    ftons/s1096,2)m/s103)(sJ1063,6(

    )W100()m10589( 20834

    9

    hcPR

    s)ftons/(m1089,5m)(24

    ftons/s1096,2

    4218

    2

    20

    2 r

    RFc)

    24 r

    RF m1085,4s)ftons/(m104ftons/s1096,2

    47

    2/1

    24

    202/1

    F

    Rr

    onde: F = 1 fton/(cm2s) = 104 ftons/(m2s)

    b)

    chRhRERP

    a)

    47

  • 48

    Aplicao: Dados do satlite COBE, sobrepostos ao espectro de Planck de um corpo negro a 2,725 K. A concordncia impressionante.

  • 49

    O EFEITO FOTOELTRICO

    No fim do sculo XIX observaram-se certos fenmenos que estavam em contradio com a representao ondulatria da luz.

    Ao se iluminar com luz ultravioleta os eletrodos entre os quais seproduz uma descarga eltrica, esta aumenta de intensidade (efeito

    observado por Hertz, em 1887).

  • 50

    Lenard observou, posteriormente, que ao se iluminar lminas decertos metais (Zn, Na, etc.) carregadas negativamente e unidas a umeletroscpio, este descarregava-se. Isso significava que as superfcieslimpas dos metais podem emitir eltrons se iluminadas com luz deuma frequncia apropriada para cada metal.

    Em 1887 Heinrich Hertz realizou as experincias queconfirmaram a existncia de ondas eletromagnticas e ainda observouque uma descarga eltrica entre dois eletrodos facilitada quando sefaz incidir sobre um deles radiao ultravioleta, fazendo com queeltrons sejam emitidos de sua superfcie. Esse fenmeno foichamado efeito fotoeltrico.

  • 51

    AEXPERINCIADEHERTZ

  • 52

    0MaxK eV

    I. A energia cintica dos fotoeltrons deveria aumentar ao seaumentar a intensidade do feixe luminoso.

    Porm, experimentalmente KmaxINDEPENDE da intensidade da luz

    OQUEERAESPERADOPELATEORIACLSSICA

  • 53

    II. O efeito fotoeltrico deveria ocorrer para qualquer freqncia, MESMO para < 0.

    No era observado!!

    III. Deveria haver um intervalo de tempo (Tmin) para ocorrer a ejeo defotoeltrons, mas nenhum retardamento era observado (T~10-9s)

    Millikan, 1914 Nobel em 1923

    0 = frequncia de corte

  • 54

    AteoriadeEinstein 1905

    Pacotes de energia ( Fton )

    hE

    Em 1905 Einstein colocou em questo a teoria clssica de luz, props umanova teoria , e citou o efeito fotoeltrico como uma aplicao que poderiatestar qual teoria estava correta.

    Einstein props que a energia radiante estava quantizada em pacotesconcentrados, que mais tarde vieram a ser chamado de Fotns.

    whK Energia cintica do eltron emitido

    0whKMax Energia cintica mxima do eltron emitido

    Cada fton!

    w trabalho necessrio para remover o eltron do metal

  • 55

    SOLUODOPROBLEMA

    Dobrar a intensidade luminosa da luz apenas dobra o nmero de ftons eportanto dobra a corrente fotoeltrica; isto no muda a energia h de cadafton!!

    1o. Problema

    2o. Problema: Limiar de frequncia

    0 0 0 0 /h w w h Se Kmax=0 :

    Um fton de frequncia 0 tem exatamente a energianecessria para ejetar os fotoeltrons.

    Substituindo eV0 por Kmax , temos

    00

    whVe e

  • 56

    I. Se pequeno, no h energia h disponvelII. Se Emax= 0 h0 = w0 , ento se < 0 o efeito no

    ocorre

    III. A absoro do fton pelo eltron instantnea.

    00

    whVe e

    Da inclinao da curva experimental, podemos conhecer h/e !!

  • 57

  • 58

    Em 1921 Einstein recebeu oPrmio Nobel por ter previstoteoricamente a lei do efeitofotoeltrico.

    No modelo de Einstein, um fton de frequencia tem exatamente a energia h, e no mltiplos inteiros de h. Pode haver n ftons gs de ftons!

    Anos depois de Planck ter deduzido sua frmula para radiao de cavidade, Bose e Einstein obtiveram a mesma frmula baseada em um gs de ftons.

  • 02

    02

    01

    01

    hceV

    hceV)(

    )()()(

    12

    11

    020112

    110201

    VVcehhcVVe

    a) e b)

    seV10136,4)083,0(103

    eV03,1

    10)43(103

    eV82,0eV85,1 15157118

    h

    eV28,2eV85,1103

    10310136,47

    815

    011

    0

    eVhc

    max

    00

    ch

    c)

    0 max

    nm544m1044,528,2

    10310136,4 7815

    0max

    hc

    : frequncia de corte : comprimento de onda de corte

    Prob.2:Numa experincia do efeito fotoeltrico, onde utilizamos luz monocromtica e um fotocatodo

    de sdio, encontramos um potencial de corte de 1,85 V para um comprimento de onda de 3000 e de 0,82 V para um comprimento de onda de 4000 . Destes dados determine:

    a) O valor da constante de Planck.b) A funo trabalho do sdio.c) O comprimento de onda de corte do sdio.

    59

  • O Efeito Compton

    (1923) Compton confirma a natureza corpuscular da radiao

    Ele fez um feixe de raios X () incidir sobre grafite Mediu a intensidade dos raios X espalhados em funo de Os raios X espalhados possuem mximo em dois s Um deles o incidente - o outro, , maior por Deslocamento de Compton = -

    60

  • Resultados Experimentais

    Pelo modelo clssico, a onda espalhadadeveria ter a mesma frequncia , ouseja, o mesmo da onda incidente

    Compton interpretou os resultadospostulando que os raios X eram ftonsde energia E=h

    Considerou a coliso ftons-eltronscomo se fossem bolas de bilhar

    Como o fton transfere parte de suaenergia para o eltron, o ftonespalhado teria energia E menor, mais baixa e maior

    61

  • Coliso fton-eltron

    Energia do fton no feixe incidente Fton partcula de energia E e momento p Energia total de uma partcula relativstica

    Temos tambm a relao

    Para o fton, o termo de massa zero

    vhE

    22

    20

    /1 ccmE

    220222 cmpcE

    ou E h v hp pc c

    62

  • Coliso fton-eltron Conservao do Momento

    Conservao do momento

    senpsenpe

    ppp

    1

    10 coscos

    63

  • 64

    Elevando ao quadrado

    210

    21

    20 cos2 ppppp

    Somando

    221

    2210 coscos

    senpsenp

    eppp

    (1)

  • Conservao da Energia

    Conservao da Energia Relativstica

    Isso pode ser escrito como

    Fazendo E = K + m0c2 na frmula da energia relativstica

    Que simplifica para

    2 20 0 1 0

    0 1ou seja

    E m c E K m cE E K

    Kppc 10

    22022220 cmpccmK 2 2 2 2

    0

    22

    02

    2

    ou 2

    K Km c c pK Km pc

    (2)

    (3)

    65

  • Resultados Finais

    Substituindo (1) e (2) na ltima expresso:

    Multiplicando tudo por h, obtemos a equao de Compton

    Comprimento de onda de Compton

    cos101 c

    A0243,01043,2 12

    0

    mcm

    hc

    2 2 20 1 0 0 1 0 1 0 1

    0 0 1 0 1

    1 0 0

    2 2 cos

    que resulta 1 cos

    1 1 1ou 1 cos

    p p m c p p p p p p

    m c p p p p

    p p m c

    66

  • Discusso dos Resultados

    O deslocamento de Compton () depende apenas do ngulo de espalhamento , e no do comprimento de onda inicial

    varia desde zero (=0o, coliso de raspo) at 2c (=180o, retroespalhamento)

    67

  • 68

    Experimentos posteriores, que detectaram tambm o eltron, confirmaram quantitativamente sua energia e direo de espalhamento

    Eltron livre X Eltron ligado ( = 0 Espalhamento de Thomson)

    Espalhamento de Compton importante a partir da regio de raios X

    J.J.Thomson

  • Prob. 3:Considere um feixe de raios-X com comprimento de onda de 1,00 . Se a radiao espalhada

    pelos eltrons livres observada a 90o do feixe incidente, determine:a) O deslocamento Compton.b) A energia cintica fornecida ao eltron.c) A percentagem da energia do fton incidente que cedida ao eltron.

    a)

    cm

    hcm

    h

    00

    )90cos1( pm43,2m1043,2)m/s103)(kg1011,9(

    Js1063,6 12831

    34

    90;m10 10 i if

    0; iecinfifeffieif EEhhEEEE b) 1101083411 0243,11010)103)(1063,6(

    iificin hc

    cchE

    eV295eV102,95J1072,41037,210989,1 217215 cinEc) Variao da energia do fton:

    11

    1

    1

    f

    i

    i

    fif

    if

    ff

    f hchc

    EEE

    E

    %4,21976,01001100243,1

    10100(%)

    10

    10

    fE (cedida ao eltron)

    69

  • A natureza dual da radiao eletromagntica

    Compton: A presente teoria depende essencialmente da suposio de que

    cada eltron que participa do processo espalha um quantum completo

    (fton). Isto envolve tambm a hiptese de que os quanta de radiao vm

    de direes definidas e so espalhados em direes definidas. O apoio

    experimental da teoria indica de forma bastante convincente que um

    quantum de radiao carrega consigo tanto momento quanto energia.

    Fton (partcula localizada) necessrio para descrever interao da

    radiao com a matria

    Teoria Ondulatria necessria para descrever interferncia e difrao

    Radiao no puramente onda, nem puramente partcula

    Dualidade Onda-Partcula

    70

  • 71

    Espectro Eletromagntico

  • OsTits

    Michelson,EinsteineMillikan (1931)

    Arthur Holly Compton

    "Time" magazine, January 13, 1936.

    72