O documento discute conceitos fundamentais da física moderna, como: 1) A hipótese de Planck sobre a quantização da energia da radiação do corpo negro explicou o espectro de emissão; 2) O efeito fotoelétrico mostrou que a luz se comporta como partículas (fótons), confirmando a teoria quântica; 3) O modelo atômico de Bohr descreveu as órbitas estáveis dos elétrons e a emissão/absorção de fótons.

1. Física Moderna
Prof. Fabricio Scheffer

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. 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. Efeito fotoelétrico
O efeito fotoelétrico consiste na retirada de elétrons da superfície de um
metal atingido por radiações eletromagnéticas.

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

7. Aplicação:
Células fotoelétricas usadas na conversão de energia luminosa em elétrica

8. 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.

10. 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

11. Átomo de Bohr e Efeito fotoelétrico

12. 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

13. Difração de Elétrons
Demonstra o caráter ondulatório dos elétrons

14. 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.

15. 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.

17. 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.

18. 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

19. 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

20. 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

21. 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.

22. Fissão Nuclear
É a quebra de núcleos
pesados em núcleos mais
leves
Vantagens: Reação controlada
Desvantagens:
Lixo atômico
Aplicações:
Usinas nucleares
Bomba atômica

23. 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)

24. 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