professor l eonardo porém, existiam outros problemas na física: novos fenômenos inexplicados;...
TRANSCRIPT
Professor Professor
LLeonardoeonardo
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
LLeonardoeonardo
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
Professor Professor
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)
Professor Professor
LLeonardoeonardo
Efeito Fotoelétrico
Professor Professor
LLeonardoeonardo
Efeito Fotoelétrico
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
Professor Professor
LLeonardoeonardo
CORPO NEGRO
Professor Professor
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.
Efeito Fotoelétrico
Professor Professor
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
Efeito Fotoelétrico
Professor Professor
LLeonardoeonardoResultados Experimentais – Radiações de frequências diferentes
Efeito Fotoelétrico
Professor Professor
LLeonardoeonardo
Efeito Fotoelétrico
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).
Professor Professor
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.
Efeito Fotoelétrico
Professor Professor
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)
Efeito Fotoelétrico
Professor Professor
LLeonardoeonardo
Efeito Fotoelétrico
Efeito Fotoelétrico
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
Professor Professor
LLeonardoeonardo
Efeito Fotoelétrico
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.
Física ModernaProfessor Professor
LLeonardoeonardo
ef
e
h0V
Consistência da Teoria de Einstein
Ecmax = h f – … mas Ecmax = e V0
ef
e
h0V
Inclinação da curva Ecmax x f
Professor Professor
LLeonardoeonardo
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
Professor Professor
LLeonardoeonardo
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;
Efeito ComptonProfessor Professor
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
Efeito ComptonProfessor Professor
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.
Efeito ComptonProfessor Professor
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...
Efeito ComptonProfessor Professor
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.
Efeito ComptonProfessor Professor
LLeonardoeonardoCompton também aplicou a conservação da quantidade de movimento (como no caso de duas esferas elásticas), obtendo finalmente a equação:
Efeito ComptonProfessor Professor
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 '.
Efeito ComptonProfessor Professor
LLeonardoeonardo
012
c
831
34
0c
A0243,010.43,2
10.3.10.11,9
10.63,6
c.m
h
Efeito ComptonProfessor Professor
LLeonardoeonardo
Espectro EletromagnéticoProfessor Professor
LLeonardoeonardo
Professor Professor
LLeonardoeonardo
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
Professor Professor
LLeonardoeonardo
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
Espectro EletromagnéticoProfessor Professor
LLeonardoeonardo
Incerteza na medida do momento
4
hx Q
Incerteza na medida da posição
Espectro EletromagnéticoProfessor Professor
LLeonardoeonardo
Incerteza na medida da energia
Incerteza na medida do intervalo de tempo
4
ht E