TEORIA DOS QUANTA

1. TEORIA DOS QUANTA EMISSÃO DE LUZ POR CORPOS AQUECIDOS

2. FÍSICA NO FIM DO SÉCULO XIX TRÊS ÁREAS BEM DESENVOLVIDAS: MECÂNICA DE NEWTON ELECTROMAGNETISMO TERMODINÂMICA OS FÍSICOS ACHAVAM QUE A NÃO HAVIA MAIS NADA PARA SER DESCOBERTO EM FÍSICA ESSES CONHECIMENTOS FRACASSAVAM EM TENTAR EXPLICAR ALGUNS FENÔMENOS: 1: EMISSÃO DE ELÉTRONS DE METAIS QUANDO INCIDIA-SE LUZ SOBRE OS MESMOS (EFEITO FOTOELÉRTICO) 2 – EMISSÃO DE LUZ POR CORPOS AQUECIDOS (CURVA DE EMISSÃO DE RADIAÇÃO DO CORPO NEGRO)

3. UM POUCO DE HISTÓRIA PARA COMPREENDER O CONTEXTO EM QUE A NOVA FÍSICA SURGE Um fato importante dessa história ocorreu por volta de 1800, quando o astrônomo inglês Sir William Herschel estava observando a decomposição da luz branca ao atravessar um prisma. Herschel conseguiu medir a temperatura correspondente a cada cor do espectro, e descobriu que o efeito térmico aumentava à medida que o termômetro se aproximava da vermelho. Mais importante ainda, ele observou que a efeito continuava a aumentar mesmo depois do vermelho, na parte escura do espectro. Hoje sabemos que essa é a região do infravermelho, e que todos os corpos irradiam no infravermelho.

4. Esses estudos continuaram e desembocaram naquilo que na segunda metade do século XIX passou a ser conhecida como radiação de corpo negro. Essencialmente, é o seguinte: qualquer corpo em determinada temperatura, irradia energia, que depende dessa temperatura. E como Herschel já havia descoberto, cada temperatura está associada a uma freqüência, isto é, a uma determinada cor. Veja a figura abaixo, que representa a distribuição espectral da radiação de um corpo negro a uma temperatura da ordem de 9.000 K. A parte colorida corresponde ao espectro visível. No final do século XIX, várias tentativas foram feitas para explicar essa curva. Todas essas tentativas baseavam-se nas teorias clássicas da termodinâmica. Stefan e Boltzmann mostraram que a emissão de energia cresce com a temperatura. Isto é, I a T4.

5. EM RESUMO A COR DA LUZ EMITIDA DEPENDE DA TEMPERATURA DO CORPO TODO METAL AO SER AQUECIDO EMITE LUZ.

6. DEPOIS DE SE OBSERVAR A RADIAÇÃO EMITIDA POR CORPOS AQUECIDOS, ATRAVES DE APARELHOS APROPRIADO, FOI POSSIVEL CONSTRUIR A CURVA DE EMISSÃO PARA UM CORPO ESPECIAL CHAMADO DE CORPO NEGRO

7. VARIAS TENTATIVAS DE EXPLICAR O ESPECTRO DE RADIAÇÃO DO CORPO NEGRO FORAM FEITAS, MERECENDO DESTAQUE AS CONTRIBUIÇÕES DE WIEN E POSTERIORMENTE RAYLEIGH/JEANS WIEN ENCONTROU UMA EQUAÇÃO CUJOS RESULTADOS SE AJUSTAVAM APENAS NA REGIÃO DAS ALTAS FREQUÊNCIAS(PEQUENO COMPRIMENTO DE ONDA), MAS APRESENTAVAM DISPARIDADE PARA A REGIÃO DE BAIXAS FREQUENCIAS JÁ RAYLEIGH/JEANS ENCONTRARM UMA EQUAÇÃO QUE SE AJUSTAVA NA REGIAÃO DE BAIXAS FREQUÊNCIAS(ALTO COMPRIMENTO DE ONDA), MAS APRESENTAVA GRANDE DISPARIDADE PARA A REGIAÕ DAS ELEVADAS FREQUÊNCIAS EM PRETO E LINHA CHEIA A CURVA EXPERIMENTAL E EM LINHA PONTILHASA (TRACEJADA) AS CURVAS TEÓRICAS DE WIEN E RAYLEIHG/JEANS

8. PODE-SE OBSERVAR QUE PARA A CURVA OBTIDA POR RAYLEGH/JEANS A INTENSIDADE DA RADIAÇÃO TENDE PARA O INFINITO QUANDO A FREQUÊNCIA AUMENTA SE APROXIMANDO DA FAIXA DO VIOLETA (CATÁSTROFE DO VIOLETA). FATO INCONSITENTE COM A REALIDADE, POIS A INTENSIDADE DA RADIAÇÃO EMITIDA AUMENTA COM A FREQUÊNCIA ATÉ ATINGIR UM PICO DE EMISSÃO PARA EM SEGUIDA DIMINUIR COM O AUMENTO DA FREQUÊNCIA. A GRANDE CONTRIBUIÇÃO DE WIEN FOI ENCONTRAR UMA EQUAÇÃO QUE EXPLICAVA O DESLOCAMENTO DOS PICOS DE EMISSÃO PARA A REGIÃO DOS PEQUENOS COMPRIMENTOS DE ONDA QUANDO A TEMPERATURA DO CORPO AUMENTAVA. ESSA EQUAÇÃO FICOU CONHECIDA COMO LEI DO DESLOCAMENTO DE WIEN.   300/T

9. AO QUE PARACE AS CONSIDERAÇÕES DE WIEN E RAILEGH/JEANS SÃO COMPLEMENTARES Manipulando as equações matematicamente, em 1900, Max Planck fez uma proposta que ele considerou desesperadora, mas que se revelou revolucionária. Ele mostrou que a lei de Rayleigh-Jeans não de ajustava a curva espectral em toda a faixa de comprimentos de onda, porque Rayleigh e Jeans admitiam que os corpos irradiavam qualquer quantidade de energia (energia irradiada era continua). Planck verificou que só era possível solucionar o problema da emissão do corpo negro, considerando que os corpos só podiam emitir energia em determinadas quantidades. Mais precisamente, em quantidades inteiras de hf, onde h passou a ser chamada de constante de Planck, e f é a freqüência da radiação emitida. Esta suposição é hoje conhecida como quantização da energia. Em notação moderna, E=nhf. A partir dessa idéia, ele obteve uma expressão que ajustou completamente a curva espectral da radiação de corpo negro.

10. RESUMINDO 1. A ANTIGA FISICA CONSIDERAVA A ENERGIA RADIADA PELO CORPOS COM CONTINUA, PODERIA ASSUMIR QULAQUER VALOR 2. COM ESSA CONSIDERAÇÃO NÃO SE CONSEGUIU NENHUMA TEORIA(EQUAÇÃO) METEMÁTICA QUE SE AJUSTASSE À CURVA EXPERIMENTAL 3. PLANCK, PERCEBEU QUE SÓ ERA POSSIVEL ENCONTRAR UMA EQUAÇÃO QUE SE AJUSTASSE A CURVA CASO CONSIDERASSE A ENERGIA IRRADIADA DISCRETA (SO PODERIA ASSUIMIR ALGUNS VALORES), IST0 É, DESCONTINUA 4. A ENERGIA IRRADIADA SO PODERIA ASSUMIR VALORES QUE FOSSEM CALCULADOS POR E = hf. ESSA SERIA A MENOR ENERGIA EMITIDA POR UMA CORPO 5. É FACIL PERCEBER QUE A ENERGIA IRRADIADA É DIRETAMENTE PROPORCIONAL A FREQUÊNCIA DA RADIAÇÃO. 6. DE ACORDO COM PLANCK ESSA QUANTIDADE DE ENERGIA SERIA TRANSPORTADA POR UMA PARTICULA DENOMINADA DE QUANTUM. CADA QUANTUM SO PODE TRANSPORTAR hf DE ENERGIA. 7. ESSA PARTÍCULA QUE FOI CHAMADA DE QUANTUM POR PLANCK, FOI MAIS TARDE REBATIZADA E CHAMADA DE FÓTON.