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Germano Maioli Penello Reinaldo de Melo e Souza Espaço Alexandria 03/05/2013.

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1 Germano Maioli Penello Reinaldo de Melo e Souza Espaço Alexandria 03/05/2013

2 Raciocínio clássico inadequado para descrever radiação de corpo negro. O vilão é o teorema da equipartição de energia. A introdução de uma emissão de energia discreta leva à quebra da equipartição e consegue descrever adequadamente o problema do corpo negro.

3 Vimos até agora o espectro de radiação de um corpo negro.

4 Vimos até agora o espectro de radiação de um corpo negro. Espectro contínuo! Existe um contínuo de freqüências com diferentes intensidades.

5 Espectro contínuo! Existem todas as frequências com diferentes intensidades. No visível: Espectro contínuo

6 Dúvida: Vamos a um exemplo mais realista, como explicar a emissão de energia por um átomo?

7 Experiência: Raias de emissão Espectro discreto

8 Dúvida: Vamos a um exemplo mais realista, como explicar a emissão de energia por um átomo? Experiência: Raias de emissão Raias de absorção Espectro discreto Mesmas freqüências

9 Estudo da interação entre matéria e radiação. Estudaremos a emissão atômica.

10 Estudo da interação entre matéria e radiação. Estudaremos a emissão atômica. Experimentos: Átomos: emissão e absorção espectral discreta Constitui uma impressão digital atômica

11 Durante muito tempo apenas fórmulas empíricas eram conhecidas.

12 Série de Balmer (1885): 410 nm434 nm486 nm656 nm

13 Durante muito tempo apenas fórmulas empíricas eram conhecidas. Série de Balmer (1885): 410 nm434 nm486 nm656 nm Diferença entre dois termos!!

14 Fórmulas empíricas para as frequências possíveis de emissão: Séries de Lyman, Balmer, Paschen …

15 Por que o espectro é discreto? Diversos sistemas clássicos possuem.

16 Por que o espectro é discreto? Diversos sistemas clássicos possuem. Existe uma frequência fundamental? Não: Lei da combinação.

17 Por que o espectro é discreto? Diversos sistemas clássicos possuem. Existe uma frequência fundamental? Não: Lei da combinação. Inviável classicamente.

18 Por que o espectro é discreto? Diversos sistemas clássicos possuem. Existe uma frequência fundamental? Não: Lei da combinação. Inviável classicamente. Como entender a emissão e absorção? Devemos sondar a estrutura atômica.

19 Descoberta do elétron em 1897.

20 Descoberta do elétron em O átomo é globalmente neutro, mas deve possuir uma estrutura.

21 Descoberta do elétron em O átomo é globalmente neutro, mas deve possuir uma estrutura. Proposta do modelo de pudim de passas. Dá conta da emissão discreta, mas não da lei da combinação.

22 Modelo do pudim de passas: Problema: Não está de acordo com o experimento quanto ao problema do espalhamento.

23 Modelo Planetário Elétrons orbitariam um núcleo positivo.

24 Modelo Planetário Elétrons orbitariam um núcleo positivo. Cargas emitem radiação!

25 Modelo Planetário Elétrons orbitariam um núcleo positivo. Cargas emitem radiação! Há perda de energia.

26 Modelo Planetário Elétrons orbitariam um núcleo positivo. Cargas emitem radiação! Há perda de energia. Átomo instável!

27 Modelo Planetário Elétrons orbitariam um núcleo positivo. Cargas emitem radiação! Há perda de energia. Átomo instável! Tempo de vida: s!

28 Modelo Planetário Elétrons orbitariam um núcleo positivo. Cargas emitem radiação! Há perda de energia. Átomo instável! Tempo de vida: s! Espectro contínuo de emissão.

29 Classicamente: Emissão é função da trajetória da carga.

30 Modelos incapazes de lidar com princípio da combinação.

31 Classicamente: Emissão é função da trajetória da carga. Modelos incapazes de lidar com princípio da combinação. Ideia fundamental de Bohr:

32 Classicamente: Emissão é função da trajetória da carga. Modelos incapazes de lidar com princípio da combinação. Ideia fundamental de Bohr: Emissão não está ligada com uma órbita, mas sim com a transição de uma órbita a outra.

33 Classicamente: Emissão é função da trajetória da carga. Modelos incapazes de lidar com princípio da combinação. Ideia fundamental de Bohr: Emissão não está ligada com uma órbita, mas sim com a transição de uma órbita a outra. A quantidade emitida depende da diferença de energia entre cada órbita (princípio da combinação).

34 Classicamente: Emissão é função da trajetória da carga. Modelos incapazes de lidar com princípio da combinação. Ideia fundamental de Bohr: Emissão não está ligada com uma órbita, mas sim com a transição de uma órbita a outra. A quantidade emitida depende da diferença de energia entre cada órbita (princípio da combinação). Vejamos melhor como funciona o modelo de Bohr.

35 Postulados: Órbitas estacionárias discretas. Determinadas pela quantização do momento angular.

36 Postulados: Órbitas estacionárias discretas. Determinadas pela quantização do momento angular. Nestas órbitas não há emissão.

37 Postulados: Órbitas estacionárias discretas. Determinadas pela quantização do momento angular. Nestas órbitas não há emissão. Ao passar de um órbita mais externa a uma mais interna, o átomo emite um fóton com freqüência determinada pela diferença de energia das órbitas.

38 Postulados: Órbitas estacionárias discretas. Determinadas pela quantização do momento angular. Nestas órbitas não há emissão. Ao passar de um órbita mais interna a uma mais externa, o átomo absorve um fóton com freqüência determinada pela diferença de energia das órbitas.

39 Sucesso: Primeira dedução teórica da fórmula empírica de Balmer!

40 Sucesso: Primeira dedução teórica da fórmula empírica de Balmer! Contudo, o modelo de Bohr apresenta sérios problemas.

41 Violação do eletromagnetismo de Maxwell.

42 No eletromagnetismo clássico podemos calcular a freqüência, polarização e intensidade da radiação emitida.

43 Violação do eletromagnetismo de Maxwell. No eletromagnetismo clássico podemos calcular a freqüência, polarização e intensidade da radiação emitida. No modelo de Bohr apenas a freqüência!

44 Violação do eletromagnetismo de Maxwell. No eletromagnetismo clássico podemos calcular a freqüência, polarização e intensidade da radiação emitida. No modelo de Bohr apenas a freqüência! Solução parcial: Princípio da correspondência.

45 Violação do eletromagnetismo de Maxwell. No eletromagnetismo clássico podemos calcular a freqüência, polarização e intensidade da radiação emitida. No modelo de Bohr apenas a freqüência! Solução parcial: Princípio da correspondência. Idealização de órbitas circulares.

46 Violação do eletromagnetismo de Maxwell. No eletromagnetismo clássico podemos calcular a freqüência, polarização e intensidade da radiação emitida. No modelo de Bohr apenas a freqüência! Solução parcial: Princípio da correspondência. Idealização de órbitas circulares. Melhora: Modelo de Sommerfeld-Wilson.

47 Apesar de ideias altamente não-clássicas, começa aplicando as leis clássicas. Onde está o limite?

48 Necessidade de estabelecermos uma física nova.

49 Apesar de ideias altamente não-clássicas, começa aplicando as leis clássicas. Onde está o limite? Necessidade de estabelecermos uma física nova. Veremos que as leis da mecânica clássica deverão ser totalmente revistas, e novos conceitos introduzidos.

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