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E a teoria quânticaE a teoria quântica
Programa do 10º ano
Apresentação contextualizada Na perspectiva histórica Na perspectiva CTS (sempre presente!)
2
O corpo negro e a história da FísicaO corpo negro e a história da Física
2
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)
3
EspectroscopiaEspectroscopia
3
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
44
•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
Maxwell e a electrodinâmica clássicaMaxwell e a electrodinâmica clássica
56
Átomos oscilantes produzem radiação electromagnéticaÁtomos oscilantes produzem radiação electromagnética
Espectro da radiação ememitida pelos corpos
J: energia por unidade de tempo por unidade de área do emissor por unidade de comprimento de onda
67
Espectro do “corpo negro” (corpo que absorve toda a radiação que nele incida)
O Sol emite como um corpo negro...
... E a Terra?
TERRAem .pt
711
““Luz própria” dos objectos Luz própria” dos objectos
Terra, Homem
vermelho – laranja – amarelo – branco – azul
8
Lei de WienLei de Wien (ou lei do deslocamento de Wien)
9
,máx T
B K m 10898,2 3B
910
Lei de BoltzmannLei de Boltzmann (ou lei de Stefan-Boltzmann)
“A intensidade varia com a quarta potência da temperatura absoluta”
d,TJTI
,4TI 428 KmW 1067,5
1010
Corpos reais não são corpos negros!!Corpos reais não são corpos negros!!
,4TeI
e = 1 , corpo negro
e = 0 , reflector perfeito
118
Catástrofe do “ultra-violeta” Catástrofe do “ultra-violeta” Física ModernaFísica Moderna
A radiação do corpo negro e a Física Clássica A radiação do corpo negro e a Física Clássica
(Rayleigh-Jeans) (Rayleigh-Jeans)
1215
Corpo negro como uma cavidade:
“Modelo” de Rayleigh-Jeans:
•Número de ondas com frequência entre e +d:
d8
d)(d3
2
cGN
d
1d)(d
4wNou
•Energia de cada onda (energia do oscilador):
d8
d),(3
2
Tkc
TW ,),( TW
0 ,),( TJFórmula de Rayleigh-Jeans:
kT
1315
d
1exp
8d),(
3
2
kThh
cTW
Fórmula de Planck:
formula mirabilis
Espectro experimental
Lei de Wien
Lei de Stefan-Boltzmann
d8
d),(3
2
kTc
TW
JUSTIFICAÇÃO?JUSTIFICAÇÃO?
14
•Energia dos osciladores proporcional à frequência:
~
•Para cada frequência, só algumas energias eram permitidas
n = n h
15
KTCP n
n exp)(
1exp
kThh
1515
hn
• Não há contradição com a Física Clássica
n está relacionado com a amplitude da onda
• Nova Física: a amplitude da oscilação está quantizada
h