INTRODUÇÃO À MECÂNICA QUÂNTICA E A FÍSICA NUCLEAR

INTRODUÇÃO À MECÂNICA
QUÂNTICA E A FÍSICA
NUCLEAR
Prof.: Giovane Irribarem de Mello
Uniforte pré vestibular
- 1870 A Ampola de Crookes e
os Misteriosos Raios Catódicos
(William Crookes – Físico Inglês)
- 1887 Descarga Elétrica
Induzida (Heinrich Rudolf Hertz)
Primeira observação de que os metais sob luz ultra-violeta
emitem elétrons.
- 1887 Enigma Sobre a Velocidade da
Luz (Albert Abraham Michelson e
Edward Morley – Físicos Americanos)
A Busca infrutiva do Éter Luminífero.
- 1888 Ejeção de Elétrons (Wilhelm
Hallwachs – Físico Alemão)
- Estimulado pelo trabalho de Hertz, Wilhelm
Hallwachs mostrou que corpos metálicos
irradiados com luz ultravioleta adquiriam
carga positiva.
„ - Afirmou que as descargas produzidas
por Hertz, deveriam ser cargas negativas.
- 1895 A Descoberta dos Raios-X
(Wilhelm Conrad Roentgen –
Físico Alemão)
- Placa Fluorescente de Cianeto de Platina e Bário.
1897 – A Descoberta do Elétron
(Joseph John Thomson)
Em1897, Thomson determinou que a proporção carga-massa de um elétron é 1,76×108C/g.
Objetivo: encontrar a carga no elétron para determinar sua massa.
Robert Andrews Millikan
1907 iníciou seu famoso experimento para determinar a carga fundamental usando gotas da água.
„ Em 1911 substitui a água por óleo.
„ Determinou que as cargas das gotas eram múltiplos
de 1,59x10-19 C, “QUANTIZAÇÃO DA CARGA ELÉTRICA”!
„
- 1900 Quantização da Energia (Max Karl
Ernst Ludwig Planck – Físico Alemão)
- Nascimento da Mecânica Quântica.
- Distribuição de energia da luz emitida por sistemas conhecidos como corpos negros.
- Os pacotes de energia, são bem definidos e
em quantidades discretas.
- Denominou esta quantidade de energia de
quantum (plural = quanta) e significa menor
porção na natureza.
E = n.h.f
- 1902 Um Físico Mau-Caráter (Philipp
Eduard Anton Lénárd – Físico Húngaro)
1) Acreditava que os raios catódicos eram ondas eletromagnéticas.
2) Seus trabalhos com os tubos de Crookes foram importantes para a
descoberta do Elétron e o Raio X.
3) Afirmou que:
I - o efeito observado por Hallwachs, era uma propriedade dos metais.
II - poderia ser produzido não apenas por U.V., mas também por luz
visível.
III - as cargas liberadas eram elétrons.
IV – a energia cinética dos elétrons era proporcional à “Freqüência” da
radiação incidente.
- A partir de 1919, Lenard passou a argumentar pelo estabelecimento de
uma "física alemã", não contaminada por teorias judias, atacando Einstein como socialista, pacifista e judeu, mas acima de tudo por ser um
teórico.
1905 Publicação Bombástica (Albert
Einstein – Físico Alemão)
- 1905 Einstein publica em uma revista três artigos:
I - Efeito Fotoelétrico/Dualidade Onda-Partícula
- Fótons, pacotes de energia.
- A energia do fóton depende exclusivamente da freqüência.
E = h.f
Fótons não possuem massa de repouso.
- Intensidade da Radiação muda apenas o número de fótonselétrons ejetados da superfície do metal.
- Fótons não possuem massa de repouso.
- A ejeção dos elétrons da superfície do metal depende da função “Trabalho”, ou seja, cada metal tem uma energia associada
para liberar os elétrons.
- A energia cinética dos elétrons ejetados:
EC = h.f - W
- A freqüência da radiação altera a energia dos fótons-elétrons
II – Explicação para o Movimento Browniano.
“O movimento browniano representa um modelo observável do movimento molecular.”
III - A Teoria Especial da Relatividade “Einstein
quis dizer que a velocidade da luz, no vácuo, é
constante, independentemente dos movimentos
uniformes da fonte e do observador.”
c= velocidade da luz
É impossível perseguir a luz
c= 299.792.458 m/s(ou ≈ 3x108m/s)
-Implicações sobre a constância da luz para corpos
que viajem próximos a velocidade da luz:
a) o tempo passa mais devagar!(Paradoxo dos gêmeos)
b) contração das dimensões do corpo.
- Equivalência de Massa e Energia
I – Fissão Nuclear
II – Fusão Nuclear
- 1924 Dualidade Partícula-Onda
(Louis Victor Pierre Raymond De
Broglie)
h
λ=
m.v
h
λ=
m.v
Ondas de Matéria
- A Prova Para De Broglie (Clinton
J.Davisson e Lester H. Germer –
Físicos Americanos)
Difração de
elétrons
- 1924 EFEITO COMPTON (Arthur Holly
Compton – Físico Americano)
„
Considerações sobre o Efeito Compton:
I - a colisão muda o comprimento de onda do
fóton original.
„
II - a energia E = hf do fóton diminui .
„
WERNER KARL HEISENBERG
1927- Princípio De Incerteza De Heisenberg
„Para
os elétrons: não podemos determinar seu momento e sua
posição simultaneamente.
„Δp.Δx
≈h
Mas podemos, baseando-nos na estatística, determinara probabilidade de encontrar um elétron em determinada região.
„ΔE.Δt
≈h
FÍSICA NUCLEAR
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„
„
Radioatividade
1896 Radiação Penetrante dos Sais de Urânio
(Antoine Henri Becquerel – Físico Francês)
Sais de urânio emitiam radiação invisível capaz
de escurecer uma placa fotográfica.
1898 Nasce a Radioatividade (Marie SklodowskaCurie – Física Polonesa)
Descobre o Elemento Rádio e Polônio.
„
1911 Modelo Atômico (Ernest Rutherford – Físico Neo
Zelandês)
„
Conclusões de Rutherford:
I - Descobriu que o átomo era praticamente vazio e não maciço, se
assemelhando a um Sistema Solar em miniatura.
II - A maior parte de sua massa está concentrada num pequeno núcleo
central.
III – Núcleo com carga positiva.
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„
„
1913 - Neils Henrik David Bohr
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O elétron pode se mover em determinadas órbitas sem irradiar.
Essas órbitas estáveis são denominadas estados estacionários.
O elétron irradia quando salta de um estado estacionário para
outro mais interno, sendo a energia irradiada dada por :
E = hf = Ei – Ef
A energia em cada estado estacionário, ou nível n, é dada por
En= -13,6/n2
1932 – Sir James Chadwick e a Descoberta
do Neutron
„
Muitos átomos apresentavam massas maiores do que poderia
explicar um modelo contendo apenas elétrons e prótons, indicando a
existência de um terceiro tipo de partícula sem carga, e com massa
aproximadamente igual a do próton.
RADIOATIVIDADE
•Um alto desvio no sentido da chapa positiva corresponde à radiação
que é negativamente carregada e tem massa baixa. Essa se chama
radiação β (consiste de elétrons).
• Nenhum desvio corresponde a uma radiação neutra. Essa se chama
radiação γ.
• Um pequeno desvio no sentido da chapa carregada negativamente
corresponde à radiação carregada positivamente e de massa alta. Essa
se chama radiação α.
PROCESSOS RADIOATIVOS
Processos Nucleares:
„
„
I - Fissão Nuclear: Fissão Nuclear é o processo de quebra
de núcleos grandes em núcleos menores, liberando uma
grande quantidade de energia.
Em uma fissão nuclear os fragmentos resultantes da reação são mais leves se somados em relação ao núcleo de
Urânio.
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Núcleos Radioativos podem emitir algumas partículas e
radiação.
α ⇒ núcleo de hélio
β ⇒ elétron
γ ⇒ O.E.M
Aplicações: Uso militar e Reatores.
Problemas dos reatores é lixo nuclear.
Reação em Cadeia.
Fusão Nuclear
„ Fusão Nuclear é a união de núcleos pequenos formando
núcleos maiores e liberando uma quantidade muito
grande de energia.
„ Dois prótons e dois nêutrons são mais massivos separados do que juntos formando o Helio.
Exemplos de fusão nuclear:
„
SOL ou estrelas
Tokamak
„
Reação de Fusão Nuclear.
FIM