Concepções de luz na física moderna. Semana 1

1. Concepções de luz na física moderna.Semana 1 Luz é onda ou partícula? Louis de Broglie Isaac Newton

2. “Bom senso é o conjunto dos preconceitos adquiridos antes dos 18 anos.“Albert Einstein

3. No entanto, as coisas não são assim com a física moderna. À primeira vista, fenômenos relativísticos ou quânticos parecem bizarros porque estão muito além da nossa realidade imediata. Isso porque lidamos, neste caso, com objetos de escala atômica, ou não mais leves que estrelas e velocidades comparadas com a velocidade da luz. Nossa visão do mundo natural, portanto, é bastante limitada. Site PUCSP: Disponível em http://www.pucsp.br/pos/cesima/schenberg/alunos/cristianemendes/mecanica.htm em 14 de março de 2012

4. “Não leve essa aula muito a sério… apenas relaxe e desfrute dela. Vou contar para vocês como a natureza se comporta. Se você admitir simplesmente que ela tem esse comportamento, você a considerará encantadora e cativante. Não fique dizendo para você mesmo “Mas como ela pode ser assim?” porque nesse caso você entrará em um beco sem saída do qual ninguém escapou ainda. Ninguém sabe como a natureza pode ser assim”. Richard Feynman (1918-1988) Nobel 1965

5. Conceitos Prévios Espectro, Difração e Interferência

8. Amarelo e AzulQual dos feixes de luz possui: • Maior comprimento de onda • vermelho • Maior freqüência. • Violeta • Maior energia • Violeta

9. Difração

13. Interferência Þ superposição construtiva destrutiva Óptica ondulatória

14. http://www.phy.ntnu.edu.tw/ntnujava/index.php?topic=18.0

16. Embate • Isaac Newton : • Partículas • Cada tipo de partícula uma cor. • Forma-se as sombras • Christian Huygens: • Ondulatório • Sofre interferência como as ondas.

17. Situação • Final do Século XIX – Luz era apenas uma onda eletromagnética. • Teoria corpuscular perde importância. • Física clássica não explicava tudo. • http://chaos.nus.edu.sg/simulations/Classical%20Physics/PropagationOfLight/light.html

18. Prova da luz ser onda • Difração: comportamento ondulatório • Difração por fenda dupla: interferência

19. O experimento de Young: Fenda Dupla Prova da luz ser onda

20. Prova da luz ser onda

21. Provas da luz ser partícula • Câmara de bolhas

22. PartículaEfeito Foto-Elétrico • Luz azul “arranca” elétrons • Luz vermelha não “arranca” elétrons 1. O efeito não dependia da intensidade da luz incidente. 2.O efeito dependia da freqüência, cor da luz incidente

23. Efeito Compton • Veremos adiante

24. Problemas Radiação do corpo negro, difração, efeito foto-elétrico

25. RADIAÇÃO TÉRMICA • Medição de altas temperaturas e falta de instrumentos • necessidade de associação da cor do material (frequência da onda) à temperatura.

26. Raio x seria mais intenso que luz visível

27. RADIAÇÃO DE CORPO NEGRO É um absorvedor e emissor ideal de radiação. Radiação Emitida = Radiação absorvida

28. RADIAÇÃO DE CORPO NEGRO: conclusão • O espectro da energia emitida é contínuo • Depende: • da temperatura do corpo • comprimento de onda da radiação. • Comprimento de onda: • Inversamente proporcional a temperatura • Freqüência: • diretamente proporcional à temperatura

30. Max Planck • O fóton carrega também quantidade de movimento • Radiação “pressiona” parede. (Maxwell) • Toda carga elétrica emite radiação na freqüência que oscila. • Toda radiação faz a carga oscilar. • Quantizada da energia da luz • Em “pacotes” (fótons) • Valor  E = h . f , onde h = 6,63×10-34 J.s é a constante de Planck Momento linear 

31. Mudanças • Albert Einstein, usando a ideiade Max Planck • feixe de luz são pequenos pacotes de energia e estes são os fóton • O efeito fotoelétrico seria um problema de colisões entre luz e partículas. • Quando o fóton se choca com um elétron, com energia suficientemente alta, ele sai da superfície com uma determinada energia cinética. • "quando um fóton colide com um elétron, ambos comportam-se como corpos materiais."

32. Conclusão “fótons ou constituintes fundamentais da matéria podem comportar-se como partículas ou como ondas, dependendo do aparato experimental. A dualidade onda partícula só é relevante para objetos cujo comportamento é determinado pela mecânica quântica, como átomos ou partículas subatômicas.” Albert Einstein

33. De Broglie • Interferência de Ondas? • Ok • Interferência de elétrons? • A dualidade aplicada às ondas também se aplicaria aos elétrons e outras partículas elementares. • As ondas “guiariam” as partículas;

34. Luigui De Broglie • Associouondaaoelétron. • Relaçõessugeridaspor Einstein parafótons. • Thompson Filho: difração de elétronsporcristais “J. J. Thomson (pai) mostrouque o elétron é umapartícula, G. P. Thomson (filho) mostrouque o elétron é umaonda”

35. EFEITO COMPTON: LUZ COMO PARTÍCULAS • Um feixe de raio-x incidindoem um alvo de carbono, sofriaespalhamento. • Feixeespalhadotinhafrequênciaalterada.

36. Efeito Compton: Luz comopartículas

37. A dualidade particula-onda Uma bola de futebol de 430 gramas, atinge uma velocidade, com um bom chutador de 35m/s. Qual é o comprimento de onda associado:

38. A dualidade partícula-onda Um elétroncom umamassa de 9,1x10-31 kg a 1,5.108m/s tem um comprimento de ondaassociado de:

39. O que é a luz e a matéria então? • A luz é partículaouonda? • Newton: luzse comportavacomopartículas. • Young: constatouinterferência - onda. • Einstein + Planck = dualidadeonda-particula. • Energia em uma onda é quantizada = dividida em “pacotes”, onde se observa comportamento corpuscular. • Para a física quântica apresenta experimentos: • Luz é onda e Luz é partícula. Matéria é partícula e também é onda. • De Broglie: expandiu a ideiaonda-partículaparatodososcorpos. • Comptom: “parece” choque de esferas

40. Exercícios

41. 01) (UFC) - Quanto ao numero de fótons existentes em 7 joule de luz verde, 1 joule de luz vermelha e 1 joule de luz azul, podemos afirmar, corretamente, que a)Existem mais fótons em 1J de luz verde que em 1J de luz vermelha e existem mais fótons em 1J de luz verde que em 1J de luz azul. b)Existem mais fótons em 1J de luz vermelha que em 1J de luz verde e existem mais fótons em 1J de luz verde que em 1 J de luz azul. c)Existem mais fótons em 1 J de luz azul que em 1 J de luz verde e existem mais fótons em 1 J de luz vermelha que em 1 J de luz azul. d)Existem mais fótons em 1 J de luz verde que em 1J de luz azul e existem mais fótons em 1J de luz verde que em 1J de luz vermelha. e)Existem mais fótons em 1 joule de luz vermelha que em 1 joule de luz azul e existem mais fótons em 1 joule de luz azul que em 1 joule de luz verde.

42. Resolução A energia total associada a n fótons de freqüência f e dada por: E = n hf Para a mesma energia E, o numero de fótons é inversamente proporcional a sua freqüência f n=_E_ hf sendo: f azul > f verde > f vermelha Resulta: n azul < n verde < n vermelha Resposta:Alternativa B

43. 02) (UFSC) Assinale a(s) proposição(ões) correta(s): 01.A luz, em certas interações com a matéria, comporta-se como uma onda eletromagnética; em outras interações, ela se com porta como partícula, como os fótons no efeito fotoelétrico. 02.A difração e a interferência são fenômenos que somente podem ser explicados satisfatoriamente por meio do comportamento ondulatório da luz. 04.0 efeito fotoelétrico somente pode ser explicado satisfatoria­mente quando consideramos a luz formada por partículas, os fótons. 08.0 efeito fotoelétrico e conseqüência' do comportamento ondulatório da luz. 16.Devido a alta freqüência da luz violeta, o "fóton violeta" e mais energético do que o "fóton vermelho". Dê como resposta a soma dos números associados as proposiçõescorretas.

44. Resolução (01)VERDADEIRA. O efeito fotoelétrico e uma das principaisevidencias do comportamento corpuscular da luz. (02)VERDADEIRA. (04)VERDADEIRA. Explicação dada por Einstein e que Ihe valeu o premio Nobel de Física. (08)FALSA. (16)VERDADEIRA. E = h f, quanto maior a freqüência da luz maior e a energia associada a seu fóton.

45. 03)(PUC-RS-2001) O dualismo onda-partícula refere-se a características corpusculares presentes nas ondas luminosas e a características ondulatórias presentes no comportamento de partículas, tais como elétrons. A Natureza nos mostra que características corpusculares e ondulatórias não são antagônicas mas, sim, complementares. Dentre os fenômenos listados, o único que não está relacionado com o dualismo onda-partícula é: a) o efeito fotoelétrico. b) a ionização de átomos pela incidência de luz. c) a difração de elétrons. d) o rompimento de ligações entre átomos pela incidência de luz. e) a propagação, no vácuo, de ondas de rádio de freqüência média.

46. Concepções de luz na física moderna.Semana 2 O Efeito Fotoelétrico Material adaptado do Original elaborado por: Prof.: Dr. Marcelo Rosella

47. Histórico • Hertz descobre o efeito fotoelétrico, em que a luz, quando incide em metais arranca elétrons desses metais. Heinrich Rudolf Hertz 1857 - 1894

48. Efeito Fotoelétrico

50. Luz: PARTICULAS OU ONDAS? • Explicação da emissão instantânea dos fotoelétrons no efeito fotoelétrico. • Explicável se a luz fosse constituída de partículas que transferissem energia durante as colisões com os elétrons. • A teoria ondulatória da luz não explica o efeito fotoelétrico! Pois não estabelece nenhuma relação entre a freqüência de uma onda e a energia que ela transporta.