Introdução à Quântica

1. IntroduçãoàQuântica Germano Maioli Penello Reinaldo de Melo e Souza Espaço Alexandria 03/05/2013

2. Revisão da aula passada • 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.

3. Corpo negro • Vimosaté agora o espectro de radiação de um corpo negro. http://www.cursosvirt2.dominiotemporario.com/EaD/QQ/aula-1/aula-1.htm

4. Corpo negro • Vimosaté agora o espectro de radiação de um corpo negro. • Espectrocontínuo! Existe um contínuo de freqüênciascom diferentesintensidades. http://www.cursosvirt2.dominiotemporario.com/EaD/QQ/aula-1/aula-1.htm

5. Corpo negro • Espectro contínuo! Existem todas as frequências com diferentes intensidades. No visível: Espectro contínuo http://en.wikipedia.org/wiki/Spectral_line

6. Emissão de um átomo • Dúvida: Vamos a um exemplo mais realista, como explicar a emissão de energia por um átomo?

7. Emissão de um átomo • Dúvida: Vamos a um exemplo mais realista, como explicar a emissão de energia por um átomo? • Experiência: Raias de emissão Espectro discreto http://http://en.wikipedia.org/wiki/Spectral_line

8. Emissão de um átomo • Dúvida: Vamos a um exemplo mais realista, como explicar a emissão de energia por um átomo? • Experiência: Mesmasfreqüências Raias de emissão Raias de absorção Espectro discreto http://http://en.wikipedia.org/wiki/Spectral_line

9. As linhas espectrais • Estudo da interação entre matéria e radiação. • Estudaremos a emissãoatômica.

10. As linhas espectrais • Estudo da interação entre matéria e radiação. • Estudaremos a emissãoatômica. • Experimentos: • Átomos: emissãoe absorçãoespectraldiscreta • Constituiumaimpressão digital atômica http://www2.astro.psu.edu/users/dfox/A001/Notes/lec07.html

11. Emissão doátomo de hidrogênio • Durante muito tempo apenasfórmulasempíricaseramconhecidas.

12. Emissão do átomo de hidrogênio • Durante muito tempo apenasfórmulasempíricaseramconhecidas. Série de Balmer (1885): 410 nm 434 nm 486 nm 656 nm http://en.wikipedia.org/wiki/Balmer_series http://en.wikipedia.org/wiki/Hydrogen_spectral_series

13. Emissão do átomo de hidrogênio • Durante muito tempo apenasfórmulasempíricaseramconhecidas. Série de Balmer (1885): 410 nm 434 nm 486 nm 656 nm Diferença entre doistermos!! http://en.wikipedia.org/wiki/Balmer_series http://en.wikipedia.org/wiki/Hydrogen_spectral_series

14. O átomo de hidrogênio • Fórmulas empíricas para as frequências possíveis de emissão: Séries de Lyman, Balmer, Paschen … http://en.wikipedia.org/wiki/Hydrogen_spectral_series

15. O átomo • Porque o espectroédiscreto? • Diversossistemasclássicospossuem. http://www.sr.bham.ac.uk/xmm/structures2.html http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/waves/string.html

16. O átomo • Porque o espectroédiscreto? • Diversossistemasclássicospossuem. • Existeumafrequência fundamental? • Não: Lei da combinação.

17. O átomo • Porque o espectroédiscreto? • Diversossistemasclássicospossuem. • Existeumafrequência fundamental? • Não: Lei da combinação. • Inviávelclassicamente.

18. O átomo • Porque o espectroédiscreto? • Diversossistemasclássicospossuem. • Existeumafrequência fundamental? • Não: Lei da combinação. • Inviávelclassicamente. • Como entender a emissão e absorção? • Devemossondar a estruturaatômica.

19. O átomo - J.J. Thomson • Descoberta do elétron em 1897. http://phet.colorado.edu/en/simulation/rutherford-scattering

20. O átomo - J.J. Thomson • Descoberta do elétron em 1897. • O átomoéglobalmenteneutro, mas devepossuirumaestrutura. http://phet.colorado.edu/en/simulation/rutherford-scattering

21. O átomo - J.J. Thomson • Descoberta do elétron em 1897. • O átomoéglobalmenteneutro, mas devepossuirumaestrutura. • Proposta do modelo de pudim de passas. • Dáconta da emissãodiscreta, mas não da lei da combinação. http://phet.colorado.edu/en/simulation/rutherford-scattering

22. O átomo - J.J. Thomson x Rutherford • Modelo do pudim de passas: • Problema: Nãoestá de acordo com o experimentoquantoaoproblema do espalhamento. http://phet.colorado.edu/en/simulation/rutherford-scattering

23. O átomo - Rutherford • Modelo Planetário • Elétrons orbitariam um núcleo positivo.

24. O átomo - Rutherford • Modelo Planetário • Elétrons orbitariam um núcleo positivo. • Cargas emitem radiação!

25. O átomo - Rutherford • Modelo Planetário • Elétrons orbitariam um núcleo positivo. • Cargas emitem radiação! • Há perda de energia.

26. O átomo - Rutherford • Modelo Planetário • Elétrons orbitariam um núcleo positivo. • Cargas emitem radiação! • Há perda de energia. • Átomo instável!

27. O átomo - Rutherford • Modelo Planetário • Elétrons orbitariam um núcleo positivo. • Cargas emitem radiação! • Há perda de energia. • Átomo instável! • Tempo de vida: 10-8 s!

28. O átomo - Rutherford • Modelo Planetário • Elétrons orbitariam um núcleo positivo. • Cargas emitem radiação! • Há perda de energia. • Átomo instável! • Tempo de vida: 10-8 s! • Espectro contínuo de emissão.

29. Afinalcomodescrever o átomo? • Classicamente: Emissão é função da trajetória da carga.

30. Afinalcomodescrever o átomo? • Classicamente: Emissão é função da trajetória da carga. • Modelos incapazes de lidar com princípio da combinação.

31. Afinalcomodescrever o átomo? • Classicamente: Emissão é função da trajetória da carga. • Modelos incapazes de lidar com princípio da combinação. • Ideia fundamental de Bohr:

32. Afinalcomodescrever 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.

33. Afinalcomodescrever 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).

34. Afinalcomodescrever 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.

35. Modelo de Bohr • Postulados: • Órbitas estacionárias discretas. Determinadas pela quantização do momento angular. http://en.wikipedia.org/wiki/Bohr_model

36. Modelo de Bohr • Postulados: • Órbitas estacionárias discretas. Determinadas pela quantização do momento angular. • Nestas órbitas não há emissão. http://en.wikipedia.org/wiki/Bohr_model

37. Modelo de Bohr • 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. http://en.wikipedia.org/wiki/Bohr_model

38. Modelo de Bohr • 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. http://en.wikipedia.org/wiki/Bohr_model

39. Modelo de Bohr • Sucesso: • Primeira dedução teórica da fórmula empírica de Balmer! http://en.wikipedia.org/wiki/Bohr_model

40. Modelo de Bohr • Sucesso: • Primeira dedução teórica da fórmula empírica de Balmer! • Contudo, o modelo de Bohr apresenta sérios problemas. http://en.wikipedia.org/wiki/Bohr_model

41. Modelo de Bohr - Críticas • Violação do eletromagnetismo de Maxwell.

42. Modelo de Bohr - Críticas • Violação do eletromagnetismo de Maxwell. • No eletromagnetismoclássicopodemoscalcular a freqüência, polarização e intensidade da radiaçãoemitida.

43. Modelo de Bohr - Críticas • Violação do eletromagnetismo de Maxwell. • No eletromagnetismoclássicopodemoscalcular a freqüência, polarização e intensidade da radiaçãoemitida. • No modelo de Bohr apenas a freqüência!

44. Modelo de Bohr - Críticas • Violação do eletromagnetismo de Maxwell. • No eletromagnetismoclássicopodemoscalcular a freqüência, polarização e intensidade da radiaçãoemitida. • No modelo de Bohr apenas a freqüência! • Soluçãoparcial: Princípio da correspondência.

45. Modelo de Bohr - Críticas • Violação do eletromagnetismo de Maxwell. • No eletromagnetismoclássicopodemoscalcular a freqüência, polarização e intensidade da radiaçãoemitida. • No modelo de Bohr apenas a freqüência! • Soluçãoparcial: Princípio da correspondência. • Idealização de órbitascirculares.

46. Modelo de Bohr - Críticas • Violação do eletromagnetismo de Maxwell. • No eletromagnetismoclássicopodemoscalcular a freqüência, polarização e intensidade da radiaçãoemitida. • No modelo de Bohr apenas a freqüência! • Soluçãoparcial: Princípio da correspondência. • Idealização de órbitascirculares. • Melhora: Modelo de Sommerfeld-Wilson.

47. Modelo de Bohr - Críticas • Apesarde ideiasaltamentenão-clássicas, começaaplicando as leis clássicas. Ondeestá o limite?

48. Modelo de Bohr - Críticas • Apesarde ideiasaltamentenão-clássicas, começaaplicando as leis clássicas. Ondeestá o limite? • Necessidade de estabelecermosumafísica nova.

49. Modelo de Bohr - Críticas • Apesarde ideiasaltamentenão-clássicas, começaaplicando as leis clássicas. Ondeestá o limite? • Necessidade de estabelecermosumafísica nova. • Veremosque as leis da mecânicaclássicadeverãosertotalmenterevistas, e novosconceitosintroduzidos.

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