QUANTIZAÇÃO DA ELETRICIDADE, DA LUZ E DA ENERGIA

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1 QUANTIZAÇÃO DA ELETRICIDADE, DA LUZ E DA ENERGIA 1

2 A DESCOBERTA DO ELÉTRON P ~ 10-3 atm gás ionizado - PLASMA P ~ 10-6 atm RAIOS INVISÍVEIS RAIOS CATÓDICOS Experiência J.J. Thomson - RELAÇÃO (e/m) 2

3 QUANTIZAÇÃO DA ELETRICIDADE 3

4 EXPERIÊNCIA DE MILLIKAN (1909) Na placa M orifício para gotejamento do óleo atomizador Em b câmera com ar ÓLEO Colisão entre moléculas do óleo IONIZAÇÃO Gotas carregadas + Bateria de HV + 4

5 Onda Eletromagnética Experiência de Young em 1801 Provou que a luz é onda Difração Interferência 5

6 ESPECTROMETRIA e Quantização da Luz 6

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11 ESPECTRO SOLAR DE FRANHOUFER (1814) 11

12 ESPECTRO SOLAR DE FRANHOUFER 12

13 O físico Gustav Robert Kirchhoff percebeu que as manchas amarelas, conseguidas pelo espectro do sódio, ficavam exatamente no mesmo lugar que duas linhas negras do espectro do Sol. Ele e o químico Robert Wilhelm Bunsen realizaram vários experimentos e notaram que se passassem uma luz branca do bico de Bunsen, como a luz solar, pela luz amarela emitida pelo sódio e o prisma fosse atravessado para gerar o espectro; o resultado seria o espectro solar contínuo, com as cores do arco-íris, porém, com as linhas negras (chamadas de linhas D por Fraunhofer) na mesma posição das linhas amarelas do espectro do sódio. 13

14 Leis de Kirchoff para espectrometria 14

15 Experiência para medir a intensidade de Radiação Térmica Prisma meio dispersivo separa os comprimentos de onda λ para diferentes ângulos θ mede-se a intensidade R (λ) para cada λ Detector mede pequenos ângulos dθ mede-se a intensidade R (λ) para ângulos de dθ a θ d λ a λ. 15

16 RADIAÇÃO DO CORPO NEGRO 16

17 RADIAÇÃO DO CORPO NEGRO Intensidade de radiação Catástrofe da Ultra-violeta T 1 Figura 2 máx1 Teoria clássica Comprimento de onda ( m) Lei de Stefan-Boltzmann W = σ T 4, onde σ é a chamada constante de Stefan-Boltzmann, que tem o valor de 5,6697 x 10-8 W/m 2 K 4. 17

18 RADIAÇÃO DO CORPO NEGRO 18

19 RADIAÇÃO DO CORPO NEGRO Intensidade de radiação Catástrofe da Ultra-violeta T 1 Figura 2 máx1 Teoria clássica Comprimento de onda ( m) FÓRMULA DE PLANCK ENERGIA ABSORVIDA E EMITIDA EM FORMA DE PACOTE = hf 19

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21 1- incide luz no Catodo C (superfície metálica) elétrons são emitidos; 2- se alguns elétrons alcançam o anodo A há elétrons no circuito externo; 3- se o Anodo for + ou - : o fluxo de elétrons aumenta ou diminui; 4- depende da d.d.p. V entre catodo e anodo. 21

22 Incidindo luz sobre o Catodo C (superfície metálica): 1- P/ V> 0 - elétrons são atraídos para o anodo A; 2- p/ V >>> 0 todos os elétrons emitidos alcançam o Anodo e I= Imax 3 segundo Lenard Imax α INTENSIDADE DA LUZ: SE DOBRAR ENERGIA/UNIDADE DE TEMPO INCIDENTE NO CATODO DEVERIA DOBRAR O NÚMERO DE ELÉTRONS EMITIDOS. 22

23 ? 23

24 Física clássica: Luz intensa aumenta campo elétrico aumenta força aumenta energia retira mais elétrons tenho Vo diferente para cada Intensidade de luz 24

25 Física clássica: Luz intensa aumenta campo elétrico aumenta força aumenta energia retira mais elétrons tenho Vo diferente para cada Intensidade de luz Nota: Não aumentou a energia cinética dos elétrons, pois Vo é o mesmo 25

26 Fóton tem momento 26

27 Quando um fóton penetra na superfície de um material, a energia dele é transferida para um elétron; Intervalo de emissão de elétron é instantâneo 27

28 Função Trabalho W energia necessária para remover um elétron; A Energia máxima dos elétrons que deixam a superfície devem ser Emax = hf W = evo (equação de Einstein) 28

29 Função Trabalho W energia necessária para remover um elétron; A Energia máxima dos elétrons que deixam a superfície devem ser Emax = hf W = evo (equação de Einstein) 29

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31 Onda Eletromagnética Experiência de Young em 1801 Provou que a luz é onda Difração Interferência 31

32 Distância entre as fendas θ Ponto onde ocorre a interferência Grade de difração para d λ, Para produzir a interferência das ondas de luz 32

33 Grade de Difração quebra a luz em vários λs Nota: distância d entre fendas é algumas ordens de grandeza em relação ao λ p/ λ 0.1 nm Raio X Grade de Difração 1 nm ESPAÇO ENTRE ÁTOMOS LAUE/BRAGG (1912) CRISTAL GRADE DE DIFRAÇÃO PARA RAIO-X 33

34 CRISTAL GRADE DE DIFRAÇÃO PARA RAIO-X ESPALHAMENTO DE RAIO-X PARA NaCl ESPALHAMENTO DE RAIO-X PARA Quartzo 34

35 DIFRAÇÃO DE RAIO-X NOS CRISTAIS Lei de Bragg: Raio-X refletido pelos planos cristalinos: Diferença de percurso das ondas espalhadas Distância entre os planos cristalinos 35

36 DIFRAÇÃO DE RAIO-X NOS CRISTAIS Lei de Bragg: Raio-X refletido pelos planos cristalinos: Diferença de percurso das ondas espalhadas Distância entre os planos cristalinos 36

37 CRISTAL GRADE DE DIFRAÇÃO PARA RAIO-X ESPALHAMENTO DE RAIO-X PARA NaCl ESPALHAMENTO DE RAIO-X PARA Quartzo 37

38 GERAÇÃO DE RAIOS-X Roentgen em 1895 Tubo de raios catódicos Elétrons colidindo c/ o tubo ou um alvo geravam um raio invisível raio X Raio transparente em algum grau para cada material Transparência para Densidade 38

39 GERAÇÃO DE RAIOS-X Roentgen em 1895 Tubo de raios catódicos Elétrons colidindo c/ o tubo ou um alvo geravam um raio invisível raio X Raio transparente em algum grau para cada material Transparência para Densidade 39

40 RAIOS-X Radiação contínua Desaceleração de elétrons excitados devido à interação com elétrons incidentes e do alvo 40

41 RAIOS-X Radiação característica Re-arranjo dos elétrons orbitais do elemento alvo com ejeção de elétrons na excitação 41

42 RAIOS-X Transição K 3 2,1 cr ( Z 1) 4 Freq. Cte. de Rydberg Correção de Z p/ Tabela Periódica Moseley (1913)

43 EFEITO COMPTON 43