Transcrição

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6 O que é a luz? Os antigos gregos descobriram que a luz se propaga em linha recta. Heron de Alexandria descobriu em experiências feitas com espelhos, que um feixe de luz reflectida volta ao meio com o mesmo ângulo de incidência. Ptolomeu fez uma lista de ângulos de incidência e de refração

7 O que é a luz? Entre os antigos gregos, a escola pitagórica acreditava que todo objeto visual emitia partículas. Aristóteles ( AC) concluiu que a luz era um fenómeno ondulatório.

8 O que é a luz? Em 1672, Isaac Newton apresentou uma teoria conhecida como modelo corpuscular da luz. - a luz era considerada como um feixe de partículas emitidas por uma fonte de luz que atingia o olho estimulando a visão. Esta teoria conseguia explicar alguns fenómenos de propagação da luz.

9 A luz Newton elaborou uma teoria para a luz, cujo ponto básico é a sua constituição por corpúsculos de luz. Newton afirma: Por raios de luz entendo as partes mínimas da luz e as que tanto são sucessivas nas mesmas linhas como simultâneas em várias linhas. No seu livro "Óptica" Newton afirma que "é evidente que a luz consiste em partes" e utiliza termos como "corpos minúsculos" e "partículas de luz".

10 A luz corpuscular - Luz corpuscular é quase sinónimo de luz material e esbarra na aceitação ou não da ideia de que os corpos materiais macroscópicos e a luz seriam convertíveis entre si através de emissão e absorção de luz pelos mesmos. - Numa primeira aproximação poderíamos pensar num corpúsculo esférico a propagar-se pelo espaço numa direção definida.

11 A luz corpuscular - seriam necessários tantos corpúsculos diferentes quantas são as cores do espectro. Esta dificuldade pode ser contornada se pensarmos na cor como sendo uma propriedade do raio elementar de luz e não do corpúsculo de luz por si só. - um raio de luz elementar seria constituído no mínimo dois corpúsculos viajando acoplados, um à frente do outro, e a distância entre os corpúsculos caracterizaria a côr do espectro a ser captada por um equipamento conveniente.

12 O fim da luz corpuscular Muitos físicos, opuseram-se à teoria de Newton, nomeadamente Robert Hooke e Christiaan Huyghens. A ideia dominante era a de que a luz era a pressão ou o movimento de alguma perturbação que atravessa um determinado meio.

13 O que é a luz? Em 1621, Snell explicou o fenómeno observado quando se coloca um bastão reto dentro da água. Dependendo da inclinação, a parte submersa aparenta ter outra direção, exceto se o bastão é colocado perpendicularmente à superfície. Snell mostrou que quando a luz atravessa o ar e encontra uma superfície de água, parte da luz é reflectida na superfície da água como previsto por Heron e outra parte da luz entra no outro meio, mudando de direção, mas continua a sua trajectória em linha recta. Christian Huygens sugeriu que os índices de refração estão relacionados com a velocidade da luz ao atravessar esses materiais.

14 A luz ondulatória de Huyghens - A ideia de luz ondulatória tem a ver com a noção intuitiva de onda mecânica e, em especial, com a propagação de vibrações em meios fluidos como o ar ou a água. - Christian Huyghens ( ), ao conceber a luz ondulatória, assumiu a existência de um éter a permear o universo. - A noção de matéria constituída por partículas elementares a instalarem-se no vazio, somente começou a ser considerada a partir dos trabalhos de Clausius (1857), Maxwell (1875) e Boltzmann (1860), a fornecerem as bases para as teorias atómicas da física actual.

15 A luz ondulatória de Huyghens Até a segunda metade do século XIX, os meios assumidos como sede dos fenómenos ondulatórios, eram assumidos como fluidos contínuos.

16 A luz ondulatória Representação de uma onda eletromagnética plana, linearmente polarizada

17 Teoria ondulatória da luz No século XIX, L. Foucault, medindo a velocidade da luz em diferentes meios (ar/água), verificou que a velocidade da luz era maior no ar do que na água, contradizendo a teoria corpuscular que considerava que a velocidade da luz na água deveria ser maior que no ar. Na segunda metade do século XIX, Maxwell através da sua teoria de ondas eletromagnéticas, provou que a velocidade com que a onda eletromagnética se propagava no espaço, era igual à velocidade da luz, cujo valor é, aproximadamente: C 3 x 10 8 m/s km/s

18 Teoria ondulatória da luz James Clerk Maxwell ( ) Heinrich Hertz ( ) Maxwell estabeleceu teoricamente que: A luz é uma modalidade de energia radiante que se propaga através de ondas eletromagnéticas. Hertz, 15 anos após a descoberta de Maxwell, comprovou experimentalmente a teoria ondulatória, usando um circuito oscilante. Características de uma onda: comprimento de onda ( ) e frequência (f). A velocidade da onda é dada pelo produto do comprimento de onda ( ) pela frequência, f, ou seja, este produto é constante para cada meio: c = f

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20 O fim da luz ondulatória - Os choques entre partículas elementares, átomos e moléculas, dão-se à distância. - Mesmo nos fenómenos ondulatórios exigem que alguma partícula medeie o processo entre um corpúsculo para outro a uma dada distância. -A onda mecânica clássica (por exemplo, a onda sonora ou a onda aquática) existe se, mas somente se, as partículas que vibram emitirem alguma coisa capaz de sensibilizar as partículas vizinhas, bem como sofrerem uma retroacção acoplado a uma emissão de uma entidade pertencente ao seu microcosmo.

21 - a teoria ondulatória da luz interpretava, com êxito, todos os fenómenos luminosos conhecidos até então (reflexão, refração, difração) mas mostrou-se incapaz de interpretar o efeito fotoeléctrico que é consequência da acção das radiações luminosas sobre a matéria. - de acordo com a teoria ondulatória, a emissão fotoeléctrica deveria ocorrer para luz incidente de qualquer frequência, desde que o feixe luminoso fosse suficientemente intenso. - tornava-se, portanto, inexplicável a existência de um valor limite para a frequência da radiação incidente. - Por outro lado, se o feixe de luz incidente fosse muito pouco intenso, a energia que então caberia a cada um dos eletrões seria muito inferior à energia necessária para a extração de um eletrão da superfície de um metal. - Também não se poderia admitir que se tratasse de uma acumulação, no tempo, de energia incidente, pois a emissão fotoeléctrica é instantânea. O facto de a energia cinética máxima dos fotoeletrões ser independente da intensidade do feixe de luz monocromática incidente

22 Evolução do conceito de fotão A partir dos trabalhos de Young e Fresnel, a teoria de Newton caiu no esquecimento. Foi de outra forma retomada depois do trabalho pioneiro de Einstein, sobre o efeito fotoeléctrico. Podemos arrancar eletrões de uma placa metálica se fizermos incidir luz sobre ela. Essa é a origem do nome "fotoeléctrico". Sabemos que, para arrancar um eletrão, devemos fornecer uma certa quantidade de energia, uma vez que os eletrões estão presos à placa.

23 Evolução do conceito de fotão Constatou-se que só radiação com uma frequência acima de um certo valor podia arrancar eletrões e que não havia intervalo de tempo entre os fenómenos. Einstein, em 1905, interpretou, que o efeito fotoeléctrico com essas características só poderia ser explicado se a luz fosse composta por partículas (quanta de luz), denominadas de fotões. A experimentação provou que Einstein estava certo. Como todas as partículas, os fotões exibem uma natureza dualística: onda e partícula.

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