CAPÍTULO 40 HALLIDAY, RESNICK. 8ª EDIÇÃO

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1 FÍSICA QUÂNTICA: ÁTOMOS Prof. André L. C. Conceição DAFIS CAPÍTULO 40 HALLIDAY, RESNICK. 8ª EDIÇÃO Tudo sobre os átomos Revisão 1) Modelo de Bohr: átomo de hidrogênio 1) O elétron de um átomo de hidrogênio gira em torno do núcleo em uma órbita circular, do mesmo modo como os planetas giram em torno do sol 2) O módulo do momento angular L do elétron pode assumir apenas os valores: L n, para n 1, 2, 3,... 1

2 Energia (ev) Revisão 2) Propriedades do modelo de Bohr: Raio Orbital 2 h 0 2 r n r an 2 me 2 a : raio de Bohr a 52,9 pm Energia dos Estados Distância radial (Å) Revisão 3) Mudança de Energia Constante de Rydberg 1 4 me h c n baixa n alta 2 R 1, me 2 8 h c R m -1 Revisão 4) Números Quânticos e Probabilidade 2

3 Os átomos e o universo Início do séc. XX dúvida sobre existência Hoje substâncias compostas de átomos manipulação de átomos Algumas propriedades dos átomos Os átomos são estáveis Os átomos se combinam entre si Ge Sólidos Moléculas Átomos podem ser agrupados em famílias 3

4 Átomos podem ser agrupados em famílias Os átomos emitem e absorvem luz E emissão E 4 E 3 absorção E 2 E 1 Os átomos possuem momento angular e magnetismo z momento angular - Visão clássica momento magnético 4

5 O experimento de Einstein-de Haas (1915) Albert Einstein Wander Johannes de Haas ( ) 1915 O experimento de Einstein-de Haas.. O spin do elétron Elétron momento angular intrínseco : spin Existência do spin: George Uhlenbeck & Samuel Goudsmit Teoria quântica relativística do spin: P. A. M. Dirac (1929) 5

6 Estados quânticos do elétron em um átomo Momento angular e momento magnético Momento angular orbital: Momento magnético orbital: Estes vetores não podem ser medidos diretamente, somente suas componentes Magneton de Bohr (ang. semiclássico) 6

7 Momento angular de spin: Momento magnético de spin: Estes vetores não podem ser medidos diretamente, somente suas componentes z Soma dos momentos angulares orbitais e de spin Átomo com mais de 1 elétron: momento angular total número atômico Como: z 7

8 Verificação Um elétron se encontra em um estado quântico no qual o módulo do momento angular orbital é. Quantos valores são permitidos para a projeção do momento magnético orbital do elétron no eixo z? O laser e a luz do laser Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation 1958 Previsão de condições para amplificação de luz por emissão estimulada (Laser) por Charles H. Townes e Arthur L. Schawlow (Nobel 1981) Julho 1960 Primeira operação bem sucedida de um laser óptico (laser) por Theodore H. Maiman Laser pulsado de rubi (1960) Theodore H. Maiman Características da luz laser Monocromaticidade Coerência Direcionalidade Focalização 8

9 Como funcionam os lasers Absorção Emissão espontânea Emissão estimulada Condições Antes: at. em equilíbrio térmico (Boltzmann) E x E 0 Einstein (1916): prob. absorção = emissão estimulada k = 1, m 2 kg s -2 K -1 Condições Inversão de População Nesta situação a emissão estimulada domina sobre a absorção estimulada. Emissão Estimulada O fóton emitido está em fase com, tem a polarização de, e se propaga na mesma direção da radiação que o estimulou. 9

10 O laser de Hélio-Neônio Fevereiro 1961 Ali Javan, W.R. Bennett Jr. e D. R. Herriott - Laser He-Ne contínuo (cw) nm Mistura típica 0.8 torr de He e 0.1 torr de Ne Hoje em dia nm Como funcionam os lasers Exercícios e problemas Um átomo hipotético possui níveis de energia com uma separação uniforme de 1,2 ev. A temperatura de 2000 K, qual é a razão entre o número de átomos no 13o. estado excitado e o número de átomos no 11o. estado excitado? 10

11 Próxima aula Condução de eletricidade nos Sólidos (cap. 41 Halliday) Bibliografia Básica: 1) HALLIDAY, D.; RESNICK, R.; e WALKER, J.; Fundamentos de Física. Volume 1: Mecânica. 8ª edição. Rio de Janeiro: Livros Técnicos e Científicos Editora S.A ) TIPLER, P. A.; MOSCA, G.; Física para cientistas e engenheiros. Volume 2: Eletricidade e Magnetismo, Óptica. 6ª edição. Rio de Janeiro: Livros Técnicos e Científicos Editora S.A