Física Quântica – Aula 02 – Comportamento Corpuscular da Radiação

[Música] é bom [Música] vamos resumir a questão da teoria quântica de uma forma bem simples a teoria quântica ela foi desenvolvida para descrever a natureza do alli tica da radiação teoria quântica de campos segundo a organização e para descrever veja bem o comportamento um dos relatórios da matéria ou seja o comportamento do a risco da matéria então vamos nessa aula falar sobre o com comportamento corpúsculo lar da radiação é claro que a gente já sabia sobre o comportamento do relatório das ondas eletromagnéticas não vou nem discutir isso nós sabemos isso não a gente pode no

caso aqui fazer uma pequena recapitulação alguns creditam a esac nilton a idéia da teoria corpo circular da luz é verdade ele realmente concebeu a luz como composta por táticos ele explicar vá à reflexão refração com base nisso na realidade ele tem um livro que foi recém traduzido pela edusp na sobre uso e aí que ele lança então essa essa ideia na agora nilton ela muito famoso na e todo mundo respeitava muito newton ea teoria corpo circular ficou por algum tempo como a teoria para explicar a luz mais eis que 1840 tivemos uma experiência na famosíssima

na qual a gente comprovava a natureza um lavatório da luz nessas experiências né envolvendo interferência da luz que foram as primeiras experiências ao redor do ano de mil 840 a famosa experiência de i am o fato é que depois de 1840 aí o pessoal não dava mais bola pra televisão aí a ong as do nilton não natureza corpo circular jeito nenhum natureza um relatório que era uma idéia na verdade de hoy es contemporâneo de newton roy games defendia a natureza um dos relatórios da luz de forma que veja duas correntes já do tempo de neutralizaram

contemporâneos né mas eis que max ou na sua teoria ele comprovou que é isso mesmo porque ele explicou até mesmo e que campos eram esses né que se propagavam ou seja essas ondas eletromagnéticas representam a propagação de campos portanto maxwell praticamente encerrou ou teria encerrado o assunto não é que a partir de março aí eu diria mas nem no entorno de onde o ano de 1863 né veja que durou apenas 40 anos a essa essa teoria única e luz né como sendo ou tendo uma natureza um dos relatórios mas as ondas eletromagnéticas não deixou margem

há nenhuma dúvida ela se propagou no vácuo como a velocidade guas e freqüência com médio honda são relacionados a como se relaciona como de resto todas as ondas né ele pode demonstrar nessa propriedade aqui né que a velocidade de propagação de uma onda para uma onda harmônica dada pelo produto da freqüência pelo comprimento de onda e as ondas eletromagnéticas não seriam diferentes muito bem temos aqui todo o espectro eletromagnético hoje a gente entende que a luz é uma parte de minuta do espectro eletromagnético então a gente não vai repetir isto porque há muitos de vocês

já conhecem isso muito bem o fato e que depois de maxwell praticamente ninguém dormir duvidava mais a natureza um do la toya da luz e da radiação de uma maneira geral mais vez que resta isso aquele mesmo que fez aquela famosa experiência na produzindo ondas eletromagnéticas ele descobriu ser feito aqui curioso quando eu e domínio uma placa metálica ela emite elétrons nada de novo porque a teoria clássica também em princípio prevê isso prevê isso também mas qual é o problema o problema é só 14 problema está só quatro problemas e que a teoria clássica não

conseguia resolver né são as características desse fenômeno do efeito fotoelétrico o primeiro é o seguinte os elétrons já saem assim que incide a radiação chegou a radiação já sabe aí complicou a teoria clássica não explica nacional havia uma freqüência na sãs ondas eletromagnéticas o da luz né de corte ou seja à luz com uma freqüência menor do que essa freqüência de corte simplesmente não conseguia ejetar elétrons elétrons não saiu só saiu se a freqüência fosse acima dessa frequência de corte uau isso também não dá pra entender pela física clássica não a freqüência de khost dois

resultados totalmente imprevisíveis a e outro aqui é imprevisível o comportamento linear da energia cinética máxima dos elétrons é dosar a energia cinética e também a inclinação desce da reta ela é a mesma para diferentes metais veja nenhum desses nenhuma dessas características do efeito fotoelétrico a teoria clássica consegue explicar a grande problema para a teoria clássica como é que a gente entende isso à luz da teoria clássica da radiação na como sendo ondas eletromagnéticas luz como um das eletromagnéticas aqui eu tenho então um comportamento veja que até uma determinada frequência que a freqüência de corte aqui

eu tenho freqüência até freqüência de cortes simplesmente não só elétrons se a energia ou se a freqüência for acima da freqüência de cortes aí veja só energia cinética do elétron exibir esse comportamento linear é claro que aqui eu tenho uma uma inclinação na inclinação dessa reta o problema é determinar a inclinação dessa dessa reta então veja são características na verdade e eles verificavam isto aqui está e mentalmente havia uma freqüência conhecida como freqüência de corte só frequências da a radiação eletromagnética de luz incidente acima da de uma freqüência de cortes eram capazes de gerar elétrons

saindo do metal é e o comportamento da energia cinética máxima do elétron com respeito à frequência o respeito à frequência era um gráfico linear essa função aqui função de trabalho ela é igual a energia necessária para arrancar elétrons porque eu preciso de fornecer energia elétrons pra ele sair do metal de forma que essa é energia aqui é conhecida como função de trabalho de forma que a freqüência de corte é igual a função de trabalho / essa constante aqui e essa constante na a teoria clássica não explicável a isso a outra essa é só a diferentes

metais e inclinação a mesma em função da freqüência da luz incidente né é claro que as funções de trabalho são diferentes nas funções de trabalho são diferentes é claro que a casa mental muito bem ah eu quero então que vocês agora a aas estã a esse vídeo aqui do laboratório virtual de física [Música] [Música] muito bem a teoria clássica era incapaz de explicar esse fenômeno veja e olha só que de acordo com a teoria clássica o elétron estando no metal ele poderia ir capturando energia da onda eletromagnética e em algum momento ele sairia e algum

momento ele seria mas quando a gente faz as contas né você tem um incidente sobre uma área há mais a área do elétron é muito pequeno muito pequena é ohio clássico do elétron é de 10 - 15 metros nós é muito pequeno então tendo em vista que o elétron é muito pequenininho ele receberia muito pouca energia e ele precisaria de um ano um ano mais ou menos né pra poder acumular energia para ele sair ele receberia sim à radiação aí vai acumulando acumulando depois de um ano mais feliz aqui imediatamente nossa que horror e realmente

a teoria clássica erra em demasia em relação a isso não há como explicar com uma teoria clássica o elétron quinho recebendo energia sendo iluminar mantendo a iluminação ele vai adquirindo mais imagens mais demorarem mais nada preciso muito tempo para ele sair isso é certo na teoria clássica realmente aí vem esse senhor aqui no albert einstein em 1905 e me propôs que para explicar aquele feito lá ele propôs isso pra explicar aquele efeito é que a radiação eletromagnética ela seria composta por partículas de massa 0 conhecido como fótons aqui tem uma boa figura na luz composta

por partículas diminutas e estas partículas elas são tais que se a radiação eletromagnética tem uma freqüência ne ela é composta por fótons cuja energia é igual ao hh é aquela constante introduzida por plano que utilizou a idéia de falar claro em cinco anos depois forma energia dos fótons é igual à h disney aliás ainda não ganhou o prêmio nobel por conta da teoria da relatividade que ganhou o prêmio nobel por conta dessa proposta dessa descoberta onde de acordo com ele a radiação eletromagnética qualquer que seja ela é composta por fótons e a energia dos fótons

está associada a freqüência da radiação eletromagnética das quais eles são os constituintes nada então radiação eletromagnética constituído por fótons idéia fantástica a fóton portanto é o quanto um da radiação eletromagnética essa é a base da ilha dinâmica quântica hoje na verdade fótons são partículas e o problema é como descrever partículas fundamentais na como o fóton usando a teoria quântica e essa teoria é a eletrodinâmica quântica que é mais complicado a mecânica quântica veio depois mas a mecânica quântica é mais acessível para as pessoas de maneira geral nessa teoria a dinâmica quântica é mais complexa enquanto

a situação do campo isso é complicado muito complicado muito bom agora como é que isso resolve o problema lá em lugar não há necessidade de um retardo porque se esse foto tem energia suficiente ele bate no elétron e já joga o elétron para fora do metal ele tem energia maior do que a função de trabalho de energia mínima para removeu um elétron do metal então ele cede a sua energia né meu lugar para remover o elétron do metal e depois dá uma energia cinética projeto não é assim era a idéia é essa idéia só funciona

que é uma maravilha é claro porque agora veja a a a essa energia que h vezes é fiel h vezes ne né ela é utilizada para arrancar o elétron portanto é igual a w mais energia muito cinética máxima dos elétrons pronto explicou comportamento linear explicou também a freqüência de córnea para arrancar um elétron veja só para arrancar um elétron basta ter energia suficiente que é suficiente energia acima da função de trabalho mas se não tiver energia acima da função de trabalho não sai atrás não tem energia para arrancar os elétrons né então isto aqui é

simplesmente fantástica essa explicação e mais ele deu agora determinou essa constante e aquela constante e linear lei é constante de planck pronto explicou tudo sobre o efeito fantasiado o que é o photo motion hoje nós sabemos só tom e é uma dessas partículas que existe desde a origem do universo é uma das 61 partículas aqui eu tenho não na tabela periódica mas a tabela das partículas elementares os constituintes últimos de tudo fótons constituintes últimos de tudo mas sim em relação à radiação apenas né aqui temos elétrons e outras partículas cujo nome não é muito popular

na gente ouve falar muito em apa da une e assim por diante muito bem o fato é que o fato é uma partícula elementar com algumas propriedades o fóton não tem massa o fóton tem não tem carga elétrica o fóton tem spin são características do fato fomos aprendendo isso com o tempo depois já está na aprendemos uma série de coisas aí eu descobri uma coisa curiosa é que o fóton não tem nenhuma partícula mais rápida do que o fato no universo ele se move com velocidade igual à da luz e não tem partículas conversado maior

do que a no máximo se admite um empate tem outras partículas de massa 0 que também se propagam com velocidade da luz mas só fóton é que tem essa em velocidade incrível de propagação além do mais uma coisa curiosa disse mary cima a velocidade do foco é absoluta não depende do referencial o que é uma grande surpresa na e o fóton a é uma partícula estável e eles existem desde o início do universo as fotos estão aqui do universo há 13,7 bilhões de anos quando o universo começou no big ben faltam portanto é uma partícula

estável pacífico estava nele estão por aí andando em todo o universo existe em cada canto do universo ele tem uma energia que é dado por hpv zune tem momento linear também na foto à espera mas é curioso e seco e ou se é curioso porque não tem massa mas momento não é igual a emi vezes ver a foto no momento portanto é uma grandeza fundamental nessa fundamental mais do que a velocidade porque nunca fiz nenhum momento como algo vez vê a foto não tem momento linear e esse momento é dado pela energia dividido pela velocidade

da luz ea gente pode comprovar isso ao incidir um fóton sobre uma plaquinha mas a placa tem que ser uma plaquinha muito leve né eles se deslocam mas muitos fótons incidindo deslocam sim uma placa né o fato é que o fato não tem massa mas tem momento linear uma coisa curiosa aqui eu tenha expressão para a constante hq na um dos slides estava realmente enterrado na 6,63 vezes 10 a menos 34 jogos por segunda por senhor muito bem o fato é que é nada se propaga mais rápido do que um fóton e uma outra coisa

curiosa na é que a velocidade do fóton e absoluta neste referencial aqui né ela tem uma velocidade igual a ser nesse outro aqui é que ver aquele movimento também tem a velocidade e gosta é uma coisa realmente bastante interessantes sobre o fato na a gente tem que desenvolver uma teoria quântica pra descrever as interações envolvendo fotos pra te ver fotos e pra descrever fotos também também há fotos eles têm só estádios de ellis idade igual a zero caso o isp ele está sempre na direção perpendicular à direção de propagação não é e aí a gente

nós somos aqui remetidos né aquela idéia da polarização da luz porque está relacionado realmente essa propriedade dos fótons é claro que ainda tem logo entendeu que o efeito é fotoelétrico acontecia porque você pode ter uma colisão na área uma absorção nas é uma colisão que nesse caso absorve o fóton ele absorvendo esse fato ele sai com energia que a energia do photo mais energia que ele tinha essa explicação então para esse é efeito fotoelétrico muito bem de forma que a gente já comentou isso né a energia do fóton é é utilizado para arrancar o elétron

a função de trabalho e dar uma energia energia cinética para o elétron de forma que aqui eu tenho uma expressão para a freqüência de cortes que envolve a constante de planck é claro isso então o efeito fatah e agora agora o país tem aplica também a de ação do corpo negro ele diz a veja o que nós temos um objeto aquecido na e quando ele emite radiação ele vai emitir um fóton dois fótons e me faltam uns de forma que aquelas energias não são utilizadas por isso é porque o fóton é o quanto do campo

eletromagnético consequentemente a energia de um conjunto de fótons dn fótons é n vezes a energia de um fóton eu posso ter em fótons com a frequência ou seja ele agora acabou explicando na realidade o que planta que havia feito para desenvolver uma teoria feminino lógica ele não tinha tanta clareza sobre o que ele estava fazendo ele sabia com certeza absoluta que dava certo e dava mesmo mas agora a gente fizer evocar a evocar a teoria de einstein para entender melhor naquele aquela natureza discreta das energias dos osciladores armou muito bem o efeito completou um ano

este aqui é um efeito que contam explicou qual o efeito chega à radiação com um comprimento de onda lâmina ou com freqüência ne e sai essa radiação com comprimento de onda ninha e agora se sabia de uma coisa curiosa é que a relação entre linha e envolve um ângulo teta envolvia um ângulo teta de acordo com essa expressão nega de acordo com a expressão o problema é agora explicar isso ao comportamento da radiação que sai em relação à radiação que entra em termos de comprimento de onda envolvendo esse ângulo teta que o conta fez ele

fez as contas levando em conta a colisão como bola de bilhar de um fóton com um elétron tim ele estudou esse tipo de processo a colisão de um fato agora admitido como partícula como um corpo musculoso colisão de uma partícula com o tráfico lá e agora que ele fez à os leis das colisões conservação de energia e conservação do momento só isso aí tem algumas contas sugiro que vocês dêem uma olhadinha na possível é ali fazemos todas as contas passo a passo não temos tempo para fazer isso mas esse indivíduo que ganhou o prêmio nobel

por isso ele acabou fazendo uso só desse conceito de colisões colisões de partículas né utilizando a energia antes guaje depois momento ante igual e depois aí tem que fazer com quem ele acabou então concluindo isso que nós havíamos dito anteriormente encontrou uma expressão para a diferença de comprimento de onda da luz incidente e da luz emergente ou da radiação emergente encontrou esta expressão se verifique experimentalmente então 2 mais um ponto aqui para a star não porque ele explicou este é feito aqui conhecido como é feito completou o fato é que hoje nós sabemos que os

fótons são super relevantes no nível atômico subatômico tudo envolve interações envolvendo fótons hoje não temos há mais a menor dúvida sobre essa natureza do ao da geração fóton é o conceito importantíssimo nafisi com como uma das partículas e trades crever fotos interações de fótons foi desenvolvido ali é de miami a quantiq que a teoria quântica usada pela segunda vez a teoria quântica de campos como disse antes a as coisas não são muito fáceis para descrever o aspecto quântico da radiação a interação do quanto do campo eletromagnético que é o fóton com as demais partículas vamos

mais tarde falar um pouco sobre isso quando abordamos a questão da segunda quantização mas hoje sabemos que os fótons são as partículas intermediárias das interações eletromagnéticas a cada interação eletromagnético que você pensar nós temos trocas de fotos e um elétron interagem com outra elétron ele interagem porque esse elétron aqui emitir um foto este aqui absorve foto emitido e eles saem uma outra direção é assim é assim que a gente escreve hoje as interações dos elétrons entre si ou do elétron pósitron o elétron com o próton não importa todas as interações eletromagnéticas são intermediadas né temos

só tons fótons como as partículas intermediárias das interações eletromagnéticas aqui eu tenho então uma sequência de novo na onde basicamente estou repetindo aquela figura toda interação eletromagnética é claro que não é apenas um fóton muitas vezes são muitos fótons mas a mais simples de todos na interação de um elétron com outra elétron por exemplo mediante a troca de apenas um fóton e elétrica e térmica é baseada toda ela em quatro tipos de interações é fundamentais né aqui eu tenho a primeira que é emissão de um fóton a última aqui é a absorção de um fato

agora aqui tem uma outra curiosa no arranque é a produção de paris é tron um foto 1 de energia ele é elevadíssima pode produzir aqui um elétron e um pósitron e pode haver também a aniquilação de elétrons e pósitrons duas homem dando lugar a um fóton essas são as interações mais fundamentais de todas de todas a ilha dinâmica para descrever basicamente essas quatro tipos de interações básicas o fato é que hoje nós não temos muitas dúvidas sobre o papel do quantum da radiação eletromagnética o do fóton que foi a grande novidade porque aí nós descobrimos

a natureza do al nahda chão às vezes ela se comporta como um das duas vezes e se comportar como corpúsculos e agora apesar de uma teoria que descreva essas duas naturezas essa teoria é a teoria quântica de campos para descrever as interações de partículas dotadas de carga elétrica com foto [Música] o [Música] [Música] [Música] [Música]