Germano Maioli Penello

Reinaldo de Melo e Souza

Introdução à Quântica

Espaço Alexandria

03/05/2013

Raciocínio clássico inadequado para descrever radiação de corpo negro.

O vilão é o teorema da equipartição de energia.

A introdução de uma emissão de energia discreta leva à quebra da equipartição e consegue descrever adequadamente o problema do corpo negro.

Revisão da aula passada

Corpo negroVimos até agora o espectro de radiação de

um corpo negro.

http://www.cursosvirt2.dominiotemporario.com/EaD/QQ/aula-1/aula-1.htm

Corpo negroVimos até agora o espectro de radiação de

um corpo negro.

Espectro contínuo! Existe um contínuo de freqüências com diferentes intensidades.

http://www.cursosvirt2.dominiotemporario.com/EaD/QQ/aula-1/aula-1.htm

Corpo negroEspectro contínuo! Existem todas as

frequências com diferentes intensidades.

http://en.wikipedia.org/wiki/Spectral_line

No visível:

Espectro contínuo

Emissão de um átomoDúvida: Vamos a um exemplo mais realista,

como explicar a emissão de energia por um átomo?

Emissão de um átomoDúvida: Vamos a um exemplo mais realista,

como explicar a emissão de energia por um átomo?

Experiência:

http://http://en.wikipedia.org/wiki/Spectral_line

Raias de emissão

Espectro discreto

Emissão de um átomoDúvida: Vamos a um exemplo mais realista,

como explicar a emissão de energia por um átomo?

Experiência:

http://http://en.wikipedia.org/wiki/Spectral_line

Raias de emissão

Raias de absorção

Espectro discreto

Mesmas freqüências

As linhas espectraisEstudo da interação entre matéria e radiação.

Estudaremos a emissão atômica.

As linhas espectraisEstudo da interação entre matéria e radiação.

Estudaremos a emissão atômica.

Experimentos: Átomos: emissão e absorção espectral discretaConstitui uma impressão digital atômica

http://www2.astro.psu.edu/users/dfox/A001/Notes/lec07.html

Emissão do átomo de hidrogênioDurante muito tempo apenas fórmulas

empíricas eram conhecidas.

Emissão do átomo de hidrogênioDurante muito tempo apenas fórmulas

empíricas eram conhecidas.

Série de Balmer (1885):

410 nm434 nm 486 nm 656 nm

http://en.wikipedia.org/wiki/Hydrogen_spectral_series http://en.wikipedia.org/wiki/Balmer_series

Emissão do átomo de hidrogênioDurante muito tempo apenas fórmulas

empíricas eram conhecidas.

Série de Balmer (1885):

410 nm434 nm 486 nm 656 nm

http://en.wikipedia.org/wiki/Hydrogen_spectral_series http://en.wikipedia.org/wiki/Balmer_series

Diferença entre dois termos!!

O átomo de hidrogênioFórmulas empíricas para as frequências

possíveis de emissão: Séries de Lyman, Balmer, Paschen …

http://en.wikipedia.org/wiki/Hydrogen_spectral_series

O átomoPor que o espectro é discreto?

Diversos sistemas clássicos possuem.

http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/waves/string.html

http://www.sr.bham.ac.uk/xmm/structures2.html

O átomoPor que o espectro é discreto?

Diversos sistemas clássicos possuem.Existe uma frequência fundamental?

Não: Lei da combinação.

O átomoPor que o espectro é discreto?

Diversos sistemas clássicos possuem.Existe uma frequência fundamental?

Não: Lei da combinação.Inviável classicamente.

O átomoPor que o espectro é discreto?

Diversos sistemas clássicos possuem.Existe uma frequência fundamental?

Não: Lei da combinação.Inviável classicamente.

Como entender a emissão e absorção?

Devemos sondar a estrutura atômica.

O átomo - J.J. Thomson

http://phet.colorado.edu/en/simulation/rutherford-scattering

Descoberta do elétron em 1897.

O átomo - J.J. Thomson

http://phet.colorado.edu/en/simulation/rutherford-scattering

Descoberta do elétron em 1897.O átomo é globalmente neutro, mas deve

possuir uma estrutura.

O átomo - J.J. Thomson

http://phet.colorado.edu/en/simulation/rutherford-scattering

Descoberta do elétron em 1897.O átomo é globalmente neutro, mas deve

possuir uma estrutura.Proposta do modelo de pudim de passas.

Dá conta da emissão discreta, mas não da lei da combinação.

O átomo - J.J. Thomson x Rutherford

http://phet.colorado.edu/en/simulation/rutherford-scattering

Modelo do pudim de passas:Problema: Não está de acordo com o

experimento quanto ao problema do espalhamento.

O átomo - RutherfordModelo Planetário

Elétrons orbitariam um núcleo positivo.

O átomo - RutherfordModelo Planetário

Elétrons orbitariam um núcleo positivo.Cargas emitem radiação!

O átomo - RutherfordModelo Planetário

Elétrons orbitariam um núcleo positivo.Cargas emitem radiação!

Há perda de energia.

O átomo - RutherfordModelo Planetário

Elétrons orbitariam um núcleo positivo.Cargas emitem radiação!

Há perda de energia.Átomo instável!

O átomo - RutherfordModelo Planetário

Elétrons orbitariam um núcleo positivo.Cargas emitem radiação!

Há perda de energia.Átomo instável!

Tempo de vida: 10-8 s!

O átomo - RutherfordModelo Planetário

Elétrons orbitariam um núcleo positivo.Cargas emitem radiação!

Há perda de energia.Átomo instável!

Tempo de vida: 10-8 s!Espectro contínuo deemissão.

Afinal como descrever o átomo?Classicamente: Emissão é função da

trajetória da carga.

Afinal como descrever o átomo?Classicamente: Emissão é função da

trajetória da carga. Modelos incapazes de lidar com princípio da

combinação.

Afinal como descrever o átomo?Classicamente: Emissão é função da

trajetória da carga. Modelos incapazes de lidar com princípio da

combinação.Ideia fundamental de Bohr:

Afinal como descrever o átomo?Classicamente: Emissão é função da

trajetória da carga. Modelos incapazes de lidar com princípio da

combinação.Ideia fundamental de Bohr:

Emissão não está ligada com uma órbita, mas sim com a transição de uma órbita a outra.

Afinal como descrever o átomo?Classicamente: Emissão é função da

trajetória da carga. Modelos incapazes de lidar com princípio da

combinação.Ideia fundamental de Bohr:

Emissão não está ligada com uma órbita, mas sim com a transição de uma órbita a outra.

A quantidade emitida depende da diferença de energia entre cada órbita (princípio da combinação).

Afinal como descrever o átomo?Classicamente: Emissão é função da

trajetória da carga. Modelos incapazes de lidar com princípio da

combinação.Ideia fundamental de Bohr:

Emissão não está ligada com uma órbita, mas sim com a transição de uma órbita a outra.

A quantidade emitida depende da diferença de energia entre cada órbita (princípio da combinação).

Vejamos melhor como funciona o modelo de Bohr.

Postulados:Órbitas estacionárias discretas. Determinadas

pela quantização do momento angular.

Modelo de Bohr

http://en.wikipedia.org/wiki/Bohr_model

Postulados:Órbitas estacionárias discretas. Determinadas

pela quantização do momento angular.Nestas órbitas não há emissão.

Modelo de Bohr

http://en.wikipedia.org/wiki/Bohr_model

Postulados:Órbitas estacionárias discretas. Determinadas

pela quantização do momento angular.Nestas órbitas não há emissão.

Ao passar de um órbita mais externa a uma mais interna, o átomo emite um fóton com freqüência determinada pela diferença de energia das órbitas.

Modelo de Bohr

http://en.wikipedia.org/wiki/Bohr_model

Postulados:Órbitas estacionárias discretas. Determinadas

pela quantização do momento angular.Nestas órbitas não há emissão.

Ao passar de um órbita mais interna a uma mais externa, o átomo absorve um fóton com freqüência determinada pela diferença de energia das órbitas.

Modelo de Bohr

http://en.wikipedia.org/wiki/Bohr_model

Sucesso: Primeira dedução teórica da fórmula empírica

de Balmer!

Modelo de Bohr

http://en.wikipedia.org/wiki/Bohr_model

Sucesso: Primeira dedução teórica da fórmula empírica

de Balmer!

Contudo, o modelo de Bohr apresenta sérios problemas.

Modelo de Bohr

http://en.wikipedia.org/wiki/Bohr_model

Violação do eletromagnetismo de Maxwell.

Modelo de Bohr - Críticas

Violação do eletromagnetismo de Maxwell.No eletromagnetismo clássico podemos

calcular a freqüência, polarização e intensidade da radiação emitida.

Modelo de Bohr - Críticas

Violação do eletromagnetismo de Maxwell.No eletromagnetismo clássico podemos

calcular a freqüência, polarização e intensidade da radiação emitida.

No modelo de Bohr apenas a freqüência!

Modelo de Bohr - Críticas

Violação do eletromagnetismo de Maxwell.No eletromagnetismo clássico podemos

calcular a freqüência, polarização e intensidade da radiação emitida.

No modelo de Bohr apenas a freqüência!Solução parcial: Princípio da correspondência.

Modelo de Bohr - Críticas

Violação do eletromagnetismo de Maxwell.No eletromagnetismo clássico podemos

calcular a freqüência, polarização e intensidade da radiação emitida.

No modelo de Bohr apenas a freqüência!Solução parcial: Princípio da correspondência.

Idealização de órbitas circulares.

Modelo de Bohr - Críticas

Violação do eletromagnetismo de Maxwell.No eletromagnetismo clássico podemos

calcular a freqüência, polarização e intensidade da radiação emitida.

No modelo de Bohr apenas a freqüência!Solução parcial: Princípio da correspondência.

Idealização de órbitas circulares.Melhora: Modelo de Sommerfeld-Wilson.

Modelo de Bohr - Críticas

Apesar de ideias altamente não-clássicas, começa aplicando as leis clássicas. Onde está o limite?

Modelo de Bohr - Críticas

Apesar de ideias altamente não-clássicas, começa aplicando as leis clássicas. Onde está o limite?Necessidade de estabelecermos uma física

nova.

Modelo de Bohr - Críticas

Apesar de ideias altamente não-clássicas, começa aplicando as leis clássicas. Onde está o limite?Necessidade de estabelecermos uma física

nova.

Veremos que as leis da mecânica clássica deverão ser totalmente revistas, e novos conceitos introduzidos.

Modelo de Bohr - Críticas

Modelos atômicos

http://phet.colorado.edu/en/simulation/hydrogen-atom