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Professor L eonardo Porém, existiam outros problemas na Física: Novos fenômenos inexplicados; Problemas teóricos e conceituais. Final do Século XIX.

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1 Professor L eonardo Porém, existiam outros problemas na Física: Novos fenômenos inexplicados; Problemas teóricos e conceituais. Final do Século XIX

2 Problemas da Física Moderna Professor L eonardo Os Problemas da Física no Final do Século XIX: 1 – Radiação do Corpo Negro 2 – Efeito Fotoelétrico 3 – Efeito Compton

3 Professor L eonardo Radiação de Corpo Negro Energia radiante emitida por um corpo negro: R T = T 4 = 5,67 x W/(m 2 K 4 ) Lei de Stefan-Boltzmann Problemas da Física Moderna

4 Física Moderna Professor L eonardo Heinrich Hertz (1887)

5 Professor L eonardo Efeito Fotoelétrico

6 Professor L eonardo Efeito Fotoelétrico EFEITO FOTO ELÉTRICO

7 Efeito Fotoelétrico Professor L eonardo Teoria dos Quanta – Max Planck Para explicar a natureza da radiação eletromagnética emitida por um corpo negro, apresentou a seguinte hipótese: Um elétron, oscilando com freqüência f, emite (ou absorve) uma onda eletromagnética de igual freqüência, porém a energia não é emitida (ou absorvida) continuamente, ou não absorve nada. E = h.f h = constante de Planck = 6, J.s (ou 4, eV.s) f =freqüência da radiação incidente

8 Professor L eonardo CORPO NEGRO

9 Professor L eonardo incidência de radiações eletromagnéticas de mesma freqüência, mas com intensidades diferentes, obtém-se um comportamento linear da corrente (i) em função da intensidade (I) da radiação. Isso significa que o número de elétrons arrancados é diretamente proporcional à intensidade da radiação eletromagnética incidente. Efeito Fotoelétrico

10 Professor L eonardo Com a incidência de radiações eletromagnéticas de mesma freqüência, mas com intensidades diferentes, obtém- se o comportamento mostrado para a corrente (i) em função da diferença de potencial (V) entre as placas. Sendo V 0 = Potencial de Corte Efeito Fotoelétrico

11 Professor L eonardo Resultados Experimentais – Radiações de frequências diferentes Efeito Fotoelétrico

12 Professor L eonardo Efeito Fotoelétrico PhillippLenard Phillipp Eduard Anton Lenard: Para radiação de f Hz incidente sobre superfície metálica, ocorre emissão de elétrons; A emissão ocorre a alto vácuo, portanto os portadores de carga não são íons gasosos; ocorria somente com luz abaixo de crítico ; a velocidade do elétron com a incidente e não dependente da intensidade da luz; aumentando a intensidade da luz produz um número maior de elétrons emitidos (1902).

13 Professor L eonardo Problemas com a Física Clássica 1) O aumento da intensidade da radiação incidente deveria resultar no aumento do potencial limite 2) O efeito fotoelétrico deveria ocorrer para qualquer freqüência, dependendo apenas da intensidade da radiação incidente 3) Deveria existir um intervalo de tempo mensurável entre a absorção da energia da radiação e a emissão do elétron. Efeito Fotoelétrico

14 Professor L eonardo Albert Einstein (1905) luz monocromática consistia de um fluxo de partículas (fótons) com energia E = h.f Na interação do fóton com o elétron podia ocorrer: - espalhamento do fóton segundo as leis da óptica - absorção completa da energia do fóton pelo elétron, com o desaparecimento do fóton e emissão do elétron (fotoelétron) Efeito Fotoelétrico

15 Professor L eonardo Efeito Fotoelétrico Energia cinética do fotoelétron Energia do Fóton incidente E cinética = E fóton - Trabalho para remover o elétron do metal Sendo: E fóton = h.f

16 Professor L eonardo Efeito Fotoelétrico A energia cinética de cada elétron não depende da intensidade da luz. Isto significa que dobrando a intensidade da luz teremos mais elétrons ejetados, mas as velocidades não serão modificadas. Quando a energia cinética de um elétron for igual a zero significa que o elétron adquiriu energia suficiente apenas para ser arrancado do metal. A ausência de um lapso de tempo entre a incidência da radiação e a ejeção do fotoelétron.

17 Física Moderna Professor L eonardo Consistência da Teoria de Einstein Ec max = h f – … mas Ec max = e V 0 Inclinação da curva Ec max x f

18 Professor L eonardo Efeito Compton 1923 – Arthur Holly Compton Incidiu raios-X(monocromático) sobre um alvo de grafite Mediu a intensidade do raio-X espalhado em função do comprimento de onda. Efeito Compton

19 Professor L eonardo Efeito Compton EFEITO COMPTON EFEITO COMPTON

20 Efeito Compton Professor L eonardo - Fenômeno pelo qual a freqüência do fóton sofre um decréscimo em virtude de sua colisão com um elétron; - Elétron fracamente ligado ao núcleo não consegue absorver todo o fóton(altamente energético); - Ocorre uma colisão (semelhante a mecânica) entre o fóton e o elétron, podendo ser considerado um sistema físico isolado e colisão perfeitamente elástica; - Na colisão o fóton perde parte de sua energia e sofre um desvio em relação à sua direção de propagação;

21 Efeito Compton Professor L eonardo -Na colisão a quantidade de movimento (fóton+elétron) permanece constante; - Após a colisão com o elétron f c = cte; - Mediu-se a intensidade dos raios X espalhados como função de seu, para vários ângulos de espalhamento; - Resultados experimentais apesar do feixe incidente ter um único os raios espalhados têm máximos de intensidade em 2 comprimentos de ondas; um deles é o mesmo

22 Efeito Compton Professor L eonardo - Resultados experimentais apesar do feixe incidente ter um único os raios espalhados têm máximos de intensidade em 2 comprimentos de ondas; um deles é o mesmo que o comprimento de onda incidente,e o outro,, é maior que por uma quantidade. - = - deslocamento Compton (varia com o ângulo segundo o qual os raios X espalhados são observados.

23 Efeito Compton Professor L eonardo - Compton (e independentemente Debye) interpretou seus resultados experimentais postulando que: - O feixe de Rx incidente não era uma onda de freqüência f, mas um conjunto de fótons, cada com uma energia E = hf, e que esses fótons colidiam com os elétrons livres do alvo da mesma forma que colidem 2 bolas de bilhar. - Radiação espalhada é composta por fótons que colidiram com elétrons do alvo...

24 Efeito Compton Professor L eonardo - Fóton incidente transfere parte de sua energia para o elétron com o qual colide fóton espalhado tem E menor f menor f = E/h = c/f maior isso explica qualitativamente = -. - Percebam que na interação os fótons são encarados como partículas, e não como ondas, e que ao contrário do efeito fotoelétrico, eles são espalhados em vez de serem absorvidos.

25 Efeito Compton Professor L eonardo Compton também aplicou a conservação da quantidade de movimento (como no caso de duas esferas elásticas), obtendo finalmente a equação:

26 Efeito Compton Professor L eonardo onde: - aumento do comprimento de onda para o fóton espalhado (em relação ao comprimento de onda do fóton incidente); ( h/m o.c) = c (comprimento de onda de Compton), onde h é a constante de Planck, mo a massa em repouso do elétron e c a velocidade da luz; ângulo de espalhamento do fóton de comprimento de onda '.

27 Efeito Compton Professor L eonardo

28 Efeito Compton Professor L eonardo

29 Espectro Eletromagnético Professor L eonardo

30 Natureza Dual da Matéria Experimento de Young: natureza ondulatória da luz; Efeito Compton: natureza corpuscular da radiação; Louis Victor de Broglie: da simetria da natureza, as partículas devem exibir um comportamento ondulatório, com comprimento de onda dado por:

31 Professor L eonardo Natureza Dual da Matéria Tese de de Broglie confirmada por G. P. Thomson, J. Davisson E L. G. Germer (elétrons podiam ser difratados!) Relações de de Broglie-Einstein

32 Werner Heisenberg Professor L eonardo Princípio da Incerteza de Heisenberg 1927 –Heisenberg Estabelece um limite para medidas simultâneas de certos pares de variáveis.

33 Espectro Eletromagnético Professor L eonardo Incerteza na medida do momento Incerteza na medida da posição

34 Espectro Eletromagnético Professor L eonardo Incerteza na medida da energia Incerteza na medida do intervalo de tempo


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