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Física Moderna I - Propriedades Corpusculares da Radiação UM ESPECTRO DE ENERGIA RONDA A HUMANIDADE SENAI – 14/04/2011 José Fernando Fragalli Departamento.

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1 Física Moderna I - Propriedades Corpusculares da Radiação UM ESPECTRO DE ENERGIA RONDA A HUMANIDADE SENAI – 14/04/2011 José Fernando Fragalli Departamento de Física – Udesc/Joinville

2 Física Moderna I - Propriedades Corpusculares da Radiação 1. Introdução 2. A Natureza da Luz 3. Luz – Comportamento Ondulatório 4. Luz – Comportamento Corpuscular 5. O Espectro da Radiação Eletromagnética 6. Aplicações da Radiação Eletromagnética – Geral 7. Aplicações da Radiação Eletromagnética – Infravermelho, Luz Visível, e Ultravioleta A RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA

3 Física Moderna I - Propriedades Corpusculares da Radiação A LUZ VISÍVEL – apenas um pedaço do espectro INTRODUÇÃO De todo o espectro eletromagnético, a luz visível é o primeiro contato que o ser humano tem com a radiação. A RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA

4 Física Moderna I - Propriedades Corpusculares da Radiação LUZ e COR – tudo a ver INTRODUÇÃO A luz é composta de várias cores... A RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA Só conseguimos enxergar as cores quando existe luz...

5 Física Moderna I - Propriedades Corpusculares da Radiação Como o ser humano vê a luz? 1. INTRODUÇÃO O olhar do ser humano sobre a luz modificou-se desde as primeiras concepções sobre ela, até os dias atuais. A RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA

6 Física Moderna I - Propriedades Corpusculares da Radiação 1. Introdução 2. A Natureza da Luz 3. Luz – Comportamento Ondulatório 4. Luz – Comportamento Corpuscular 5. O Espectro da Radiação Eletromagnética 6. Aplicações da Radiação Eletromagnética – Geral 7. Aplicações da Radiação Eletromagnética – Infravermelho, Luz Visível, e Ultravioleta A RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA

7 Física Moderna I - Propriedades Corpusculares da Radiação Como a ciência vê a luz: idéias filosóficas Em meio ao texto* do De Rerum Natura ele apresenta a idéia filosófica que a luz seria composta de pequenas partículas. Lucrécio (99-55 AC) *http://onlinebooks.library.upenn.edu/webbin/gutbook/lookup?num=785. Frontispício do De Rerum Natura A RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA 2. A NATUREZA DA LUZ – uma visão histórica

8 Física Moderna I - Propriedades Corpusculares da Radiação Como a ciência vê a luz: idéias filosóficas De Rerum Natura é um poema didático, dividido em seis livros. Neste poema Lucrécio proclama a realidade do homem em um Universo sem deuses e tenta libertá-lo de seu temos da morte. Propõe que a substância é eterna, e que os átomos movem-se em um infinito vazio. Por isso, Lucrécio é considerado um atomista, seguidor das idéias de Demócrito. A RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA 2. A NATUREZA DA LUZ – uma visão histórica

9 Física Moderna I - Propriedades Corpusculares da Radiação Primeiras idéias científicas – Newton No Século XVI, uma teoria corpuscular se consolidou como um conjunto de idéias capaz de explicar os fenômenos ópticos conhecidos à época (refração, reflexão e dispersão). Isaac Newton ( ) A RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA 2. A NATUREZA DA LUZ – uma visão histórica

10 Física Moderna I - Propriedades Corpusculares da Radiação Primeiras idéias científicas – Newton Em seu livro Opticks (Óptica) Isaac Newton ( ) discutiu implicitamente a natureza da luz, sem apresentar uma defesa ardorosa de sua teoria. Estátua de Isaac Newton no Trinity College (Cambridge – Londres) Sepultura de Isaac Newton – Abadia de Westminster Frontispício do Opticks A RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA 2. A NATUREZA DA LUZ – uma visão histórica

11 Física Moderna I - Propriedades Corpusculares da Radiação Primeiras idéias científicas – Newton Nos seus trabalhos publicados e não publicados Newton discutiu implicitamente a natureza física da luz, fornecendo alguns argumentos a favor da materialidade da luz. Os trabalhos citados acima são os artigos Nova Teoria sobre Luz e Cores*, Hipótese da Luz, Discurso sobre as Observações e o livro Opticks. *Silva, C. & Martins R. "Nova teoria sobre luz e cores: uma tradução comentada", Revista Brasileira de Ensino de Física18(4): , A RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA 2. A NATUREZA DA LUZ – uma visão histórica

12 Física Moderna I - Propriedades Corpusculares da Radiação Primeiras idéias científicas – Newton Apesar de ser conhecido como o grande defensor da teoria corpuscular, Newton nunca discutiu em detalhes o assunto, sendo sempre cauteloso ao abordá-lo. A razão desse comportamento seria as críticas recebidas sobre o artigo "Nova teoria sobre a luz e cores" de 1672, advindas principalmente de Robert Hooke e Christian Huygens. Christian Huygens ( ) Robert Hooke ( ) A RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA 2. A NATUREZA DA LUZ – uma visão histórica

13 Física Moderna I - Propriedades Corpusculares da Radiação Uma outra idéia sobre a luz – Huygens No Século XVII, Christian Huygens ( ) formulou a teoria que a luz era um fenômeno ondulatório. Christian Huygens ( ) Em 1678 Huygens escreveu o livro Traitbe de la Lumiaere (Tratado sobre a Luz), no qual argumentou em favor de um modelo ondulatório da luz. Frontispício do Traité de la Lumière A RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA 2. A NATUREZA DA LUZ – uma visão histórica

14 Física Moderna I - Propriedades Corpusculares da Radiação Através do conceito de frentes de onda, esta teoria deu uma nova e mais completa explicação para os fenômenos da reflexão. Uma outra idéia sobre a luz – Huygens A RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA 2. A NATUREZA DA LUZ – uma visão histórica

15 Física Moderna I - Propriedades Corpusculares da Radiação Através do conceito de frentes de onda, esta teoria deu uma nova e mais completa explicação para os fenômenos da refração. Uma outra idéia sobre a luz – Huygens A RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA 2. A NATUREZA DA LUZ – uma visão histórica

16 Física Moderna I - Propriedades Corpusculares da Radiação Experimentos Básicos – Grimaldi Francesco Maria Grimaldi ( ) observou os efeitos de difração, mas o significado de suas observações não foi compreendida naquela época. Francesco Grimaldi ( ) A RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA 2. A NATUREZA DA LUZ – uma visão histórica

17 Física Moderna I - Propriedades Corpusculares da Radiação O resultado de suas observações foi publicado postumamente em 1665 no livro Physico Mathesis de Lumine, Coloribus, et Iride. Em português o título do livro é Teses Físicas da Luz, Cor e Visão. Frontispício do Physico Mathesis de Lumine, Coloribus et Iride Experimentos Básicos – Grimaldi A RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA 2. A NATUREZA DA LUZ – uma visão histórica

18 Física Moderna I - Propriedades Corpusculares da Radiação No início do Século XIX, Thomas Young ( ) fez alguns experimentos com a luz. Thomas Young ( ) Experimentos Básicos – Young A RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA 2. A NATUREZA DA LUZ – uma visão histórica

19 Física Moderna I - Propriedades Corpusculares da Radiação Augustin Fresnel ( ) Augustin Fresnel ( ) também fez alguns experimentos com a luz. Lente de Fresnel na ilha de Kullens – Suécia A RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA 2. A NATUREZA DA LUZ – uma visão histórica Experimentos Básicos – Fresnel

20 Física Moderna I - Propriedades Corpusculares da Radiação 1. Introdução 2. A Natureza da Luz 3. Luz – Comportamento Ondulatório 4. Luz – Comportamento Corpuscular 5. O Espectro da Radiação Eletromagnética 6. Aplicações da Radiação Eletromagnética – Geral 7. Aplicações da Radiação Eletromagnética – Infravermelho, Luz Visível, e Ultravioleta A RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA

21 Física Moderna I - Propriedades Corpusculares da Radiação Fenômenos ondulatórios: reflexão, refração e polarização Todos os experimentos até agora podem ser compreendidos tratando a luz como tendo comportamento ondulatório. A RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA 3. LUZ – Comportamento Ondulatório

22 Física Moderna I - Propriedades Corpusculares da Radiação Logo, a conclusão a que chegamos é que é possível descrever a luz a partir de um comportamento puramente ondulatório. A RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA 3. LUZ – Comportamento Ondulatório Fenômenos ondulatórios: interferência e dispersão

23 Física Moderna I - Propriedades Corpusculares da Radiação A velocidade da luz em outros meios Em 1850, Jean Bernard Léon Foucault ( ) descobriu que a luz de deslocava mais rápido no ar do que na água. Este resultado contrariava a teoria corpuscular de Newton. Jean Foucault ( ) A RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA 3. LUZ – Comportamento Ondulatório

24 Física Moderna I - Propriedades Corpusculares da Radiação Definitivamente, a luz se comporta como onda James Maxwell ( ) Na segunda metade do Século XIX, James Clerk Maxwell ( ) provou que a velocidade de propagação de uma onda eletromagnética no espaço equivalia à velocidade de propagação da luz. A RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA 3. LUZ – Comportamento Ondulatório

25 Física Moderna I - Propriedades Corpusculares da Radiação É mesmo uma onda.... Nas palavras de Maxwell, a luz é uma modalidade de energia radiante que se propaga através de ondas eletromagnéticas. Maxwell apresentou seus resultados no livro A Treatise on Electricity and Magnetism, publicado em A RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA 3. LUZ – Comportamento Ondulatório

26 Física Moderna I - Propriedades Corpusculares da Radiação Produção de Ondas Eletromagnéticas Heinrich Rudolf Hertz ( ) Busto no campus da Universidade de Karlsruhe. Tradução: Neste local descobriu Heinrich Hertz as ondas eletromagnéticas nos anos Heinrich Hertz ( ) demonstrou de forma experimental a existência da radiação eletromagnética criando aparelhos emissores e detectores de ondas de rádio. 3. LUZ – Comportamento Ondulatório A RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA

27 Física Moderna I - Propriedades Corpusculares da Radiação Produção e Recepção de Ondas Eletromagnéticas Oscilador de Hertz Rádio Receptor 3. LUZ – Comportamento Ondulatório A RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA

28 Física Moderna I - Propriedades Corpusculares da Radiação 1. Introdução 2. A Natureza da Luz 3. Luz – Comportamento Ondulatório 4. Luz – Comportamento Corpuscular 5. O Espectro da Radiação Eletromagnética 6. Aplicações da Radiação Eletromagnética – Geral 7. Aplicações da Radiação Eletromagnética – Infravermelho, Luz Visível, e Ultravioleta A RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA

29 Física Moderna I - Propriedades Corpusculares da Radiação A Descoberta de Hertz Hertz notou que a centelha elétrica entre o anodo e o catodo acontecia mais facilmente quando o cátodo (o pólo negativo) era exposto à luz ultravioleta. Em 1887 Hertz obteve a primeira evidência da relação da luz com fenômenos elétricos. A RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA 4. LUZ – Comportamento Corpuscular O Efeito Fotoelétrico

30 Física Moderna I - Propriedades Corpusculares da Radiação Resultados melhorados de Hallwachs Em 1888 Wilhelm Ludwig Franz Hallwachs ( ) deu prosseguimento aos experimentos de Hertz. Desenho original no artigo de Hallwachs Wilheim Hallwachs ( ) A RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA 4. LUZ – Comportamento Corpuscular


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