El “Quantum” de Luz de Einstein

1. El “Quantum” de Luz de Einstein Nelson Studart - UFSCar

2. Acerca de um ponto de vista heurístico sobre a criação e conversão da luz Ann. Physik, 17, 132 (1905) Uma “certeza”: “A teoria ondulatória da luz que opera com funções contínuas no espaço tem sido excelentemente justificada para a representação de fenômenos puramente ópticos e dificilmente será substituída por outra teoria.”

3. Uma hipótese: “Quando um feixe de luz se propaga, a partir de uma fonte pontual, a energia não é continuamente distribuída sobre um volume crescente, mas consiste de um número finito de “quanta” de energia, localiza-dos no espaço, que movem-se sem se dividir e que só podem ser absorvidos ou emitidos como um todo.”

4. A catástrofe do ultravioleta Planck Teorema da equipartição de energia Lei de Rayleigh-Einstein-Jeans

5. Entropia da Radiação W. Wien Fórmula de Wien como o limite de baixa densidade de radiação

6. Integrando: Radiação entre n e n + dn

7. Princípio de Boltzmann Probabilidade “Estatística” Entropia de um Gás

8. Princípio Heurístico Radiação Gás Radiação monocromática de baixa densidade comporta-se – no limite de validade da lei de Wien – em um sentido termodinâmico, como se consistisse de n quanta de energia mutuamente independentes com energia

9. Aplicações • Fotoluminescência: Regra de Stokes • A freqüência da luz na fotoluminescência não pode • exceder a freqüência da luz incidente • Efeito Fotoelétrico • Ionização de gases por luz ultravioleta • Na fotoionização a energia do elétron emitido não pode • exceder hn, em que n é a freqúência da luz incidente

10. Efeito Fotoelétrico Hertz (1887): Descobriu o efeito acidentalmente como efeito residual em sua pesquisa sobre a natureza de onda eletromagnética da luz Hallwachs (1888): Irradiação com luz ultravioleta faz uma placa descarregada adquirir carga positiva Thomson (1889): O primeiro a concluir que o efeito induzido pela luz ultravioleta consistia da emissão de elétrons

11. Lennard (1902): Descoberta crucial - A energia do elétron emitido não “a mínima de pendência com a intensidade da luz” 1905: As técnicas experimentais eram muito rudimentares

12. Equação de Einstein R. A. Millikan: A direct photoelectric determination of Planck’s h - Phys. Rev. 7, 355 (1916)

14. Efeito Compton A.H. Compton: The spectrum of scattered x-rays Phys. Rev. 22, 410 (1923)

16. 2. O conceito do “quantum” de luz como partícula: O Fóton O fóton é um estado do campo eletromagnético com as seguintes propriedades: • Tem uma freqüência definida n e vetor de onda k. 3. Spin 1: dois estados de polarização.

17. Referências A. Pais, Einstein and the Quantum Theory, Rev. Mod. Phys. 21, 863 (1979) M. J. Klein, Einstein’s First Paper on Quanta, The Natural Philosopher 2, 59 (1963) D. Ter Haar, The Old Quantum Theory, (Pergamon, Oxford, 1987) M. Jammer, The Conceptual Development of Quantum Mechanics, (AIP, New York, (1989)