Física moderna

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Física moderna

  1. 1. Física Moderna Prof. Fabricio Scheffer
  2. 2. Radiação do corpo negro Corpo negro Corpo que absorve toda energia que incide nele e quando está em equilíbrio térmico com o ambiente tem uma taxa de emissão igual a de absorção. Caracteriza-se por emitir energia por decorrência da temperatura ex.: Sol e filamento de uma lâmpada Problema do corpo negro os dados experimentais não condiziam com as previsões teóricas (teoria ondulatória clássica). Nessa época a teoria vigente dizia que a radiação emitida pelo corpo negro era de maneira contínua, pois considerava o infravermelho e outras radiações como ondas eletromagnéticas.
  3. 3. Hipótese de Max Planck Para descrever o espectro das radiações eletromagnéticas emitidas por um corpo quente (corpo negro), Max Planck introduziu a hipótese de que a energia de uma onda eletromagnética de freqüência f pode apenas ter valores múltiplos de uma energia mínima igual: E  h. f Segundo essa hipótese, a luz consiste na emissão de um enorme número de pacotinhos de energia, chamados quanta de luz.
  4. 4. Efeito fotoelétrico O efeito fotoelétrico consiste na retirada de elétrons da superfície de um metal atingido por radiações eletromagnéticas.
  5. 5. Einstein conseguiu explicar o efeito fotoelétrico imaginando a luz, não mais como ondas eletromagnéticas e sim como partículas (fótons) que possuíam uma energia (E=h.f) que a partir de uma determinada energia mínima conseguia arrancar elétrons. IMPORTANTE: •A energia dos fotoelétrons depende da freqüência do fóton incidente (tipo de radiação que incide) •O número de elétrons arrancados por unidade de tempo depende da intensidade (brilho) da lâmpada. Ec = h.f – W Ec : energia cinética dos fotoelétrons W: trabalho necessário para arrancar o elétron do metal h.f: energia dos fótons incidentes
  6. 6. Aplicação: Células fotoelétricas usadas na conversão de energia luminosa em elétrica
  7. 7. Modelo de Rutherford Núcleo: •muito pequeno em relação ao átomo. •contém quase a totalidade da massa do átomo. •com carga positiva de valor múltiplo da do elétron. Eletrosfera: ao redor do núcleo em região de baixíssima densidade constituída pelos elétrons.
  8. 8. Átomo de Bohr Para explicar a estabilidade dos átomos, Bohr supôs que os elétrons possam percorrer somente algumas órbitas, que correspondem a energias bem determinadas do átomo. Ao absorver energia, um elétron pode passar de uma órbita mais interna para uma mais externa. Ao fazer a passagem inversa, o elétron libera, sob a forma de radiações eletromagnéticas, a energia E correspondente à diferença entre os níveis das duas órbitas: Níveis de energia para o átomo de hidrogênio E  E e  Ei
  9. 9. Átomo de Bohr e Efeito fotoelétrico
  10. 10. Características Corpusculares da Luz A radiação eletromagnética manifesta tanto propriedades ondulatórias (na interferência e na difração) como propriedades corpusculares (nos processos de absorção e de emissão). Momentum linear associado ao fóton: Ondas Associadas a Elétrons e Partículas h p  Os elétrons e outras partículas exibem propriedades ondulatórias de interferência e difração. A freqüência e o comprimento de onda são relacionados com a energia e com a quantidade de movimento pelas relações de De Broglie: h  p
  11. 11. Difração de Elétrons Demonstra o caráter ondulatório dos elétrons
  12. 12. Teoria da Relatividade Restrita ou Especial (1905) Constância da Velocidade da Luz A experiência mostrava que a velocidade da luz no vácuo tem sempre o mesmo valor c ( 3x108m/s) , mesmo quando a fonte luminosa e o observador que mede a velocidade da luz se movam um em relação ao outro. A velocidade da luz c é invariável e constitui a velocidade limite, uma vez que a velocidade de um corpo, não pode alcançá-la nem superála.
  13. 13. Relatividade do Tempo – Dilatação temporal A aceitação de que a velocidade da luz no vácuo é constante para todos os referenciais levou Einstein a rediscutir idéias básicas da mecânica newtoniana. Um relógio que se move, com uma velocidade próximo de c , em relação a um observador avança mais lentamente que um relógio fixo em relação a esse observador.
  14. 14. Relatividade do Comprimento – Contração no comprimento O fato de os intervalos de tempo terem valores diferentes em função do referencial adotado para medi-los acaba afetando o comportamento de outras grandezas fundamentais da física, como o comprimento. Se considerarmos um trem atravessando um túnel, movendo-se com uma velocidade próxima à da luz, pode-se demonstrar aplicandose os postulados de Einstein que o comprimento do túnel medido no referencial do trem é menor do que seu comprimento medido num referencial no solo.
  15. 15. Núcleo Atômico Para nos referirmos indistintamente a um nêutron ou a um próton, usaremos o termo núcleon. Toda matéria é composta de: Quarks Partes Integrantes dos Prótons 2 up e 1 down Léptons Elétrons nêutrons 1 up e 2 down
  16. 16. Radioatividade Natural Conceito: Radioatividade é um processo pelo qual os núcleos de alguns elementos instáveis emitem, num certo instante, um corpúsculo, transformando-se num núcleo mais estável. Radiações Emitidas a b g carga +2 e -e Nula massa 4 u.m.a pequena Nula Poder de penetração pequeno médio grande
  17. 17. Leis das Emissões Radiativas a- Lei de Soddy (emissão de partículas a) U a 238 92 4 2 234 90 Th b- Lei de Soddy e Fajans (emissão de partículas b) 210 83 Bi  b  0 1 210 84 Po Conservação do número de massa e do número atômico
  18. 18. Meia-vida Cada núcleo radioativo é caracterizado pela sua meia-vida (T1/2 ), que é o tempo necessário para que uma dada massa se reduza à metade por efeito dos decaimentos.
  19. 19. Fissão Nuclear É a quebra de núcleos pesados em núcleos mais leves Vantagens: Reação controlada Desvantagens: Lixo atômico Aplicações: Usinas nucleares Bomba atômica
  20. 20. Fusão Nuclear É a união de núcleos leves em núcleos mais pesados Vantagens: Energia limpa Desvantagens: Não é controlada AINDA! Aplicações e ocorrências: Sol e estrelas Geradores de fusão (ainda a serem melhorados)
  21. 21. Equivalência Massa-Energia Energia de repouso E0  m.c 2 Exemplo: m = 1 g = 10-3 kg C = 3 . 108 m/s E = 10-3 . (3. 108 )2 = 9 . 1013 J

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