física ppt - física moderna - final do século xix

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Porém, existiam outros problemas na Física:

Novos fenômenos inexplicados;

Problemas teóricos e conceituais.

Final do Século XIXFinal do Século XIX

Problemas da Física ModernaProfessor Professor

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Os Problemas da Física no Final do Século XIX:Os Problemas da Física no Final do Século XIX:

1 – Radiação do Corpo Negro1 – Radiação do Corpo Negro

2 – Efeito Fotoelétrico2 – Efeito Fotoelétrico

3 – Efeito Compton3 – Efeito Compton

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LLeonardoeonardoRadiação de Corpo NegroRadiação de Corpo Negro

Energia radiante emitida por um corpo negro:

RT = T4

= 5,67 x 10-8 W/(m2 K4)

Lei de Stefan-BoltzmannLei de Stefan-Boltzmann

Problemas da Física Moderna

Física ModernaProfessor Professor

LLeonardoeonardoHeinrich Hertz (1887)

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Efeito Fotoelétrico

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EFEITO FOTO ELÉTRICO

Efeito FotoelétricoProfessor Professor

LLeonardoeonardoTeoria dos Quanta – Max PlanckPara explicar a natureza da radiação eletromagnética emitida

por um corpo negro, apresentou a seguinte hipótese:

Um elétron, oscilando com freqüência f, emite (ou absorve) uma onda eletromagnética de igual freqüência, porém a energia não é emitida (ou absorvida) continuamente, ou não absorve nada.

E = h.f

h = constante de Planck = 6,626.10-34 J.s (ou 4,14.10-15 eV.s)

f =freqüência da radiação incidente

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CORPO NEGRO

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LLeonardoeonardoincidência de radiações eletromagnéticas de mesma freqüência, mas com intensidades diferentes, obtém-se um comportamento linear da corrente (i) em função da intensidade (I) da radiação. Isso significa que o número de elétrons arrancados é diretamente proporcional à intensidade da radiação eletromagnética incidente.


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LLeonardoeonardoCom a incidência de radiações eletromagnéticas de mesma freqüência, mas com intensidades diferentes, obtém-se o comportamento mostrado para a corrente (i) em função da diferença de potencial (V) entre as placas.

Sendo VSendo V00== Potencial de CortePotencial de Corte


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LLeonardoeonardoResultados Experimentais – Radiações de frequências diferentes


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PhillippPhillipp Eduard Anton LenardLenard: Para radiação de f ≥ 1015 Hz incidente sobre superfície metálica, ocorre emissão de elétrons; A emissão ocorre a alto vácuo, portanto os portadores de carga não são íons gasosos; ocorria somente com luz abaixo de crítico ; a velocidade do elétron com a incidente e não dependente da intensidade da luz; aumentando a intensidade da luz produz um número maior de elétrons emitidos (1902).

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LLeonardoeonardoProblemas com a Física ClássicaProblemas com a Física Clássica

1) O aumento da intensidade da radiação incidente deveria resultar no aumento do potencial limite

2) O efeito fotoelétrico deveria ocorrer para qualquer freqüência,dependendo apenas da intensidade da radiação incidente

3) Deveria existir um intervalo de tempo mensurável entre a absorção da energia da radiação e a emissão do elétron.


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LLeonardoeonardoAlbert Einstein (1905)

luz monocromática consistia de um fluxo de partículas (fótons) com energia

E = h.fE = h.f

Na interação do fóton com o elétron podia ocorrer:- espalhamento do fóton segundo as leis da óptica- absorção completa da energia do fóton pelo elétron, com o desaparecimento do fóton e emissão do elétron (fotoelétron)


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Energia cinética doEnergia cinética dofotoelétronfotoelétron Energia doEnergia do

Fóton incidenteFóton incidente

Ecinética = Efóton -

Trabalho para removerTrabalho para removero elétron do metalo elétron do metal

Sendo:Sendo:

EEfótonfóton= h.f= h.f

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A energia cinética de cada elétron não depende da intensidade da luz. Isto significa que dobrando a intensidade da luz teremos mais elétrons ejetados, mas as velocidades não serão modificadas. Quando a energia cinética de um elétron for igual a zero significa que o elétron adquiriu energia suficiente apenas para ser arrancado do metal. A ausência de um lapso de tempo entre a incidência da radiação e a ejeção do fotoelétron.

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ef

e

h0V

Consistência da Teoria de Einstein

Ecmax = h f – … mas Ecmax = e V0

ef

e

h0V

Inclinação da curva Ecmax x f

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Efeito Compton

1923 – Arthur Holly Compton

Incidiu raios-X(monocromático) sobre um alvo de grafite

Mediu a intensidade do raio-X espalhado em função docomprimento de onda.

Efeito Compton

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Efeito Compton

Efeito Compton

EFEITO COMPTONEFEITO COMPTON

Efeito ComptonProfessor Professor

LLeonardoeonardo- Fenômeno pelo qual a freqüência do fóton sofre um decréscimo em virtude de sua colisão com um elétron;

- Elétron fracamente ligado ao núcleo não consegue absorver todo o fóton(altamente energético);

- Ocorre uma colisão (semelhante a mecânica) entre o fóton e o elétron, podendo ser considerado um sistema físico isolado e colisão perfeitamente elástica;

- Na colisão o fóton perde parte de sua energia e sofre um desvio em relação à sua direção de propagação;


LLeonardoeonardo-Na colisão a quantidade de movimento (fóton+elétron) permanece constante;

- Após a colisão com o elétron f c = cte;

- Mediu-se a intensidade dos raios X espalhados como função de seu , para vários ângulos de espalhamento;

- Resultados experimentais apesar do feixe incidente ter um único os raios espalhados têm máximos de intensidade em 2 comprimentos de ondas; um deles é o mesmo


LLeonardoeonardo- Resultados experimentais apesar do feixe incidente ter um único os raios espalhados têm máximos de intensidade em 2 comprimentos de ondas; um deles é o mesmo que o comprimento de onda incidente,e o outro, ’, é maior que por uma quantidade .

- = ’- deslocamento Compton (varia com o ângulo segundo o qual os raios X espalhados são observados.


LLeonardoeonardo- Compton (e independentemente Debye) interpretou seus resultados experimentais postulando que:

- O feixe de Rx incidente não era uma onda de freqüência f, mas um conjunto de fótons, cada com uma energia E = hf, e que esses fótons colidiam com os elétrons livres do alvo da mesma forma que colidem 2 bolas de bilhar.

- Radiação espalhada é composta por fótons que colidiram com elétrons do alvo...


LLeonardoeonardo- Fóton incidente transfere parte de sua energia para o elétron com o qual colide fóton espalhado tem E’ menor f’ menor f’ = E’/h ’ = c/f’ maior isso explica qualitativamente = ’-.

- Percebam que na interação os fótons são encarados como partículas, e não como ondas, e que ao contrário do efeito fotoelétrico, eles são espalhados em vez de serem absorvidos.


LLeonardoeonardoCompton também aplicou a conservação da quantidade de movimento (como no caso de duas esferas elásticas), obtendo finalmente a equação:


LLeonardoeonardoonde: ’- aumento do comprimento de onda para o fóton espalhado (em relação ao comprimento de onda do fóton incidente); ( h/mo.c) = c (comprimento de onda de Compton), onde h é a constante de Planck, mo a massa em repouso do elétron e c a velocidade da luz; ângulo de espalhamento do fóton de comprimento de onda '.


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012

c

831

34

0c

A0243,010.43,2

10.3.10.11,9

10.63,6

c.m

h


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Espectro EletromagnéticoProfessor Professor

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Natureza Dual da MatériaNatureza Dual da Matéria

Experimento de Young: natureza ondulatória da luz;

Efeito Compton: natureza corpuscular da radiação;

1924 - Louis Victor de Broglie: da simetria da natureza, as partículas devem exibir um comportamento ondulatório, com comprimento de onda dado por:

Q

h

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Natureza Dual da MatériaNatureza Dual da Matéria

Tese de de Broglie confirmada por G. P. Thomson, J. Davisson E L. G. Germer (elétrons podiam ser difratados!)

hQ

hfE

Relações de de Broglie-EinsteinRelações de de Broglie-Einstein

Werner HeisenbergProfessor Professor

LLeonardoeonardoPrincípio da Incerteza de HeisenbergPrincípio da Incerteza de Heisenberg

1927 –Heisenberg Estabelece um limite para medidas simultâneas de certos pares de variáveis.

4

hx Q

4

ht E


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Incerteza na medida do momento

4

hx Q

Incerteza na medida da posição


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Incerteza na medida da energia

Incerteza na medida do intervalo de tempo

4

ht E

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