Corpo Negro E a teoria quântica Programa do 10º ano Apresentação contextualizada Na perspectiva histórica Na perspectiva CTS (sempre presente!) 1

O corpo negro e a história da Física Alguns dos principais intervenientes: Joseph Stephan, Ludwig Boltzmann, Wilhelm Wein, Lord Rayleigh, James Jeans, Max Planck Factos que a Física Clássica não podia explicar O espectro do corpo negro Os espectos atómicos de riscas A estabilidade do átomo Outros (e.g. capacidade térmica de sólidos a baixas temperaturas) 2

Espectroscopia Estudo da emissão ou absorção de luz pelos vários materiais (gases, líquidos, sólidos) No séc. XIX as técnicas foram sendo cada vez mais apuradas; material para dispersão (prismas) e emulsões fotográficas fonte fenda prisma Lente para focagem Emulsão em placa de vidro Câmara escura para revelação Espectro de linhas e de radiação de corpo negro 3

Maxwell e a electrodinâmica clássica Unificação da Electricidade e Magnetismo em 1864: - Os campos eléctricos e magnéticos propagavam-se como ondas - velocidade de propagação era c - Origem dos campos em cargas e correntes 4

Átomos oscilantes produzem radiação electromagnética Espectro da radiação em emitida pelos corpos J: energia por unidade de tempo por unidade de área do emissor por unidade de comprimento de onda 6

O Sol emite como um corpo negro... ... E a Terra? Espectro do “corpo negro” (corpo que absorve toda a radiação que nele incida) O Sol emite como um corpo negro... ... E a Terra? em .pt 7

vermelho – laranja – amarelo – branco – azul “Luz própria” dos objectos vermelho – laranja – amarelo – branco – azul Terra, Homem 11

Lei de Wien (ou lei do deslocamento de Wien) 9

“A intensidade varia com a quarta potência da temperatura absoluta” Lei de Boltzmann (ou lei de Stefan-Boltzmann) “A intensidade varia com a quarta potência da temperatura absoluta” 10

Corpos reais não são corpos negros!! e = 1 , corpo negro e = 0 , reflector perfeito 10

A radiação do corpo negro e a Física Clássica (Rayleigh-Jeans) Catástrofe do “ultra-violeta” Física Moderna 8

“Modelo” de Rayleigh-Jeans: Corpo negro como uma cavidade: “Modelo” de Rayleigh-Jeans: Número de ondas com frequência entre n e n +dn: ou Energia de cada onda (energia do oscilador): Fórmula de Rayleigh-Jeans: 15

Espectro experimental Lei de Stefan-Boltzmann Fórmula de Planck: formula mirabilis Espectro experimental Lei de Wien Lei de Stefan-Boltzmann JUSTIFICAÇÃO? 15

Energia dos osciladores proporcional à frequência: e ~ n Para cada frequência, só algumas energias eram permitidas en = n h n 15

Não há contradição com a Física Clássica n está relacionado com a amplitude da onda Nova Física: a amplitude da oscilação está quantizada 15