1. O documento discute as propriedades corpusculares da radiação, como o Efeito Compton e a produção de raios-X. 2. Aborda também a difração de Bragg, a formação e aniquilação de pares e as conclusões sobre as pesquisas de Albert Einstein e fontes de luz sincrotron. 3. Fornece referências bibliográficas no final para apoiar os tópicos discutidos.

1. Fótons: Propriedades Corpusculares da Radiação
Universidade Federal do Sul e Sudeste do Pará
Instituto de Ciências Exatas
Faculdade de Física
DISCENTE: Denise Rodrigues Marinho
Matricula: 201441050005

2. Índice
1. Introdução
2. Fótons: Propriedades Corpusculares
3. Efeito Compton
4. Emissão e Absorção de Radiação
5. Produção de Raios-X
6. Radiação de Freamento: Bremsstrahlung
7. Difração de Bragg
8. Formação (Produção) e Aniquilação de Pares
9. Discursões e Conclusões
10. Referências Bibliográficas;

3. 1. Introdução
Fig.1.1. Experimento de Young (Interferência da
luz).
Fig.1.0. Thomas Young.
• Esse experimento apresenta fenômenos
como difração e interferência que são
características de um comportamento
ondulatório.

4. 1. Introdução
Fig.1.3. Esquema simplificado do Experimento de
Hertz.
Fig.1.2. Heinrich Hertz.
• Esse experimento consistia ondas
eletromagnéticas através de descargas
elétricas entre dois eletrodos e detectá-las
em um par de eletrodos idênticos.

5. 1. Introdução
Fig.1.5. Esquema do Experimento Fotoelétrico de
Lenard.
Fig.1.4. Philip Lenard.
• Propôs uma explicação: a luz transporta
energia e ao interagir com os elétrons do
metal cede energia. Dessa forma, os
elétrons eram “arrancados” originando uma
corrente elétrica.

6. 1. Introdução
Fig.1.7. Esquema simplificado do Efeito
Fotoelétrico.
Fig.1.6. Albert Einstein.
• Um feixe de luz ao incidir sobre o metal,
podem arrancar elétrons livres desse metal.
• Esse efeito só pode ser explicado
considerando a luz como uma partícula
(fótons) e não como uma propagação
ondulatória.

7. 2. Fótons: Propriedades Corpusculares da Radiação
Fig.2.0. Gilbert N. Lewis.
1. As propriedades da luz chama-se fótons ou quanto
luminoso (quantum). O termo “fóton” se originou no
trabalho de Lewis sobre pares de elétrons onde
comentou o Efeito Fotoelétrico de Einstein .
Segundo Kleppner, D. (2004), Einstein nunca
utilizou esse termo.
2. Os Fótons não possuem massa de repouso, carga,
porém possuem movimento, energia e ainda viajam
muito rápido. Por que isso acontece?

8. • A energia do fóton é dada pela seguinte equação:
• Quando o fóton está em repouso ele não tem
massa, mas quando se movimenta possuem uma
“pequena massa” relativística;
Eq. 1.0
Fig.2.1. Representação de Fóton e Elétron.
Eq. 1.1
2. Fótons: Propriedades Corpusculares da Radiação

9. • Conhecidas a massa e a velocidade do fóton,
podemos calcular o seu impulso:
• Os fótons viajam muito rápido, a velocidade da
luz. É a única partícula que viaja a velocidade
limite.
Eq. 1.2
2. Fótons: Propriedades Corpusculares da Radiação
Fig.2.1. Representação de Fóton e Elétron.

10. • Após realizar alguns estudos sobre a interação
radiação-matéria, percebeu que quando um feixe
de raios X incidia sobre um alvo de carbono,
sofria um espalhamento.
• Inicialmente, Compton não percebeu nada de
errado, pois suas medidas indicavam que o feixe
espalhado tinha frequência diferente do feixe
incidente logo após atravessar o alvo.
3. Efeito Compton
Fig.3.0. Arthur Compton.

11. Fig.3.1. Representação do Efeito Compton.
Eq. 1.3
C é a velocidade; h é a constante de Plank; λ
é o comprimento de onda.
3. Efeito Compton

12. 4. Emissão e Absorção de Radiação
Fig.4.0. Esquema representa a direita, a Emissão; e a esquerda,
a Absorção de Radiação
• A emissão, ocorre quando um elétron
de um átomo “salta” de uma órbita
superior para uma inferior
(fundamentação): um fóton é emitido
(produzido).
• Enquanto, a absorção é quando ocorre
quando um fóton faz um elétron de um
átomo “saltar” de uma órbita inferior
para uma superior (excitação): um
fóton é absorvido.

13. 5. Produção de Raios-X
Fig.5.0. Wilhelm Roentgen.
• Roentgen envolveu um tubo de Crookes com uma
espécie de capa de papelão, de cor preta, e ficou
observando o tubo enquanto aplicava descargas
elétricas entre os eletrodos do equipamento.
Fig.5.1. Esquema do tubo de vidro de
Raios-X de Roentgen.

14. 5. Produção de Raios-X
Fig.5.2. Esquema do tubo de vidro de
Raios-X de Roentgen.
Fig.5.3. Primeira Radiografia Humana.
• Ele novamente ligou o tubo, e o efeito de
fluorescente voltou a aparecer. Roentgen
concluiu esse fenômeno como um novo
tipo de radiação que seria originada a partir
da colisão dos raios catódicos com a parede
de vidro do tubo.

15. 5. Produção de Raios-X
Fig.5.4. Esquema do tubo de vidro de
Raios-X de Roentgen.
• O elétron ioniza o átomo nas camadas mais
internas (K,L) e fica uma vaga desocupada
nessa camada. E outro elétron de outra
camada vem ocupa-la, quando isso
acontece é emitido um fóton.
• Produção de Raios-X de ionização.

16. • Segundo TIPLER E R. A. LIEWELLYN, “como a
teoria eletromagnética prevê que toda carga elétrica
produz ondas eletromagnéticas ao acelerada ou
freada”. Portanto, concluíram que Bremsstrahlung
(produção de raios-X), são elétrons acelerados que
produzem fótons.
6. Radiação de Freamento: Bremsstrahlung
Fig.2.1. Representação de Fóton e Elétron.

17. Fig.6.0. Radiação de Freamento ou Bremsstrahlung.
6. Radiação de Freamento: Bremsstrahlung
• A radiação de freamento (também
chamada Bremsstrahlung).A acontece
quando um elétrons de alta energia
penetra no átomo e a atração do núcleo
faz frear, e parte da sua energia
cinética vira raio-X.
• Tendo emitido fótons de diversas
frequências distribuídas
aleatoriamente.
Fig.6.1. espectro eletromagnético.

18. Fig.7.0. William Bragg.
7. Difração de Bragg
• O comprimento de onda de um fóton de 10 keV,
por exemplo, é λ = hc, E= 1.24 Å. Isto mostra
que o comprimento de onda típico de raios-X é
comparável às distâncias interatômicas de um
cristal.
• Assim sendo, quando um feixe de raios-X atinge
um cristal, ocorrem efeitos de difração. A relação
entre o comprimento de onda λ e os ângulos de
incidência θi e reflexão θr que resultam
em interferência construtiva do feixe difratado
Eq.1.4.

19. 7. Difração de Bragg
• Onde d é a distância entre dois planos cristalinos
(Fig.7.1) e n é um número inteiro. A equação 8
mostra que os ângulos de incidência e reflexão
são necessariamente iguais, e além disso, devem
ser iguais a um dos ângulos de Bragg θ = θn,
determinados pela equação 1.5.
Eq.1.5.
Fig. 7.1. Esquema da difração de Bragg
Fig. 7.1. Esquema da difração.

20. 8. Formação (Produção) de Pares e Aniquilação
de Pares
• O fóton colide com o núcleo e como
resultado da colisão, toda a energia do
fóton incidente se distribui igualmente
entre um par elétron-pósitron gerado
durante a interação.
Fig. 8.0. Formação de Pares, adaptado de IF-UFRGS.

21. 8. Formação (Produção) de Pares e Aniquilação
de Pares
• A aniquilação de pares é o processo
inverso, como cita alguns artigos.
• Isso porque um elétron e um pósitron
podem se aniquilar produzindo
fótons. Nesse encontro ocorre a
emissão de fótons de radiação gama,
fótons de alta energia.Fig. 8.1. Formação de Pares, adaptado de IF-UFRGS.

22. 9. Discussões e Conclusões
1. Albert Einstein;
2. Fontes de Luz Sincrotron;
3. Pesquisas avançadas na área da Fotônica;
4. Sem dúvida, o artigo do Efeito Fotoelétrico é um tesouro da
Física.

23. 10. Referências Bibliográficas
ABDALLA M. C. B., O Discreto Charme das Partículas Elementares, Física na Escola, v. 6, n.1, 2005.
CAVALCANTE, M. A.; TAVOLARO, C. R. C.; SOUZA, D. F.; MUZINATTI, J. Uma aula sobre efeito fotoelétrico no desenvolvimento de competências e habilidades.
Física na escola, v. 3, n. 1, p. 24-29, 2002.
DE OLIVEIRA J. R. B et al. Raios X – II Lei de Moseley: Análise de cristais por raios X e Difração de elétrons. Laboratório de Física Moderna-FNC314, Universidade
de São Paulo, Instituto de Física, 2009.
EISBERG, R.; RESNICK, R. Física Quântica – Átomos, Moléculas, Sólidos, Núcleos e Partículas. Tradução de Paulo Costa Ribeiro, Ênio Frota da Silveira e Marta Feijó
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RICCI, T. S. F.; OSTERMANN, F. Uma introdução conceitual à Mecânica Quântica para Professores do Ensino Médio. In: Textos de apoio ao professor de
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STUART. N., A invenção do conceito de quantum de Energia sengundo Planck. Revista Brasileira de Ensino de Física. vol 22, n4, Dezembro, 2000.
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YOUNG, Hugh D.; FREEDMAN, Roger A., FISICA IV - ÓTICA E FÍSICA MODERNA, 12a ed. São Paulo, Addison Wesley, 2008.
Sites utilizados
IF- UFRGS: http://www.if.ufrgs.br/einstein/, acessado em 13/11/2017 as 10:00h
IF-USP: http://plato.if.usp.br/2-2004/fnc0375n/lista3/node1.htm, acessado em 16/11/2017 as 15:36h
IF-USP: http://efisica.if.usp.br/otica/basico/fotons/intro/, acessado em 28/11/2017 as 14:45h
Serasa da Ciência: http://www.searadaciencia.ufc.br/index.html, acessado em 25/11/2017 as 13:00h