Física Quântica e o Esoterismo - emiliacouto

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Física Quântica ... também para os esotéricos, místicos etc.
Introdução
Esse texto é dirigido a todos que têm sede de saber; eu mesmo seria um felizardo se
o pudesse ter lido a umas dezenas de anos atrás. Durante algum tempo, na fase préuniversitária, prendi-me à Física de Newton, a qual absorvia com requintado sabor.
Era o conhecimento exigido nos vestibulares e, os demais novos tópicos da Física,
eram apenas leituras não obrigatórias. Einstein era pouco mais que um estranho e da
simplória leitura de que dispunha, deixava a mente esvoaçar pelo imaginário e
desconhecido. Incrível! Quantas falsas analogias eu não criei nesse miúdo cérebro
em formação!
Hoje, lendo e ouvindo, vejo que a ‘coisa’ não mudou muito! Esotéricos, místicos e
mesmo muitos jovens estudantes, 'vira e mexe' ainda tentam argumentar suas
enevoadas idéias, citando trechos esparsos da teoria da relatividade, personalidades
do mundo da ciência (e Einstein não escapa com seu famoso: “Deus não joga dados”)
e, principalmente, ‘coisas’ da mecânica quântica. Era assim mesmo que eu o fazia
quando estava apenas apoiando-me em simplórias leituras.
Realmente, insisto, a ‘coisa’ não mudou muito, mas hoje consigo ver de onde
surgiram tais falhos argumentos postos para reforçar suas 'emanações e influências
do amarelo', energias cósmicas e coisas do gênero. São, ainda, as simplórias leituras
que pululam pelas prateleiras de livrarias e bancas de jornais, as causas de tais
devaneios. Até os Espíritas, Maçons e Rosacruzes começaram a se referir á
'quântica' em suas profundas incursões, no intuito de associar suas ilusões humanas
sobre seres transcendentais com o assentado 'status' da Ciência e da Tecnologia.
Se bem recordo, essa nova 'onda', ou coqueluche, começou com o lançamento do
livro "O Tao da Física", de Fritjof Capra, cuja visão mística da Física, acrescida de
seus argumentos forçados, deturparam sobremaneira a conceituação científica dos
fatos. Ainda hoje, ao afirmarmos que Física Quântica nada tem a ver com misticismo,
sempre aparecerá um deles a dizer: "Ah, mas Capra é físico e diz que tem sim". Ser
Físico é algo mais do que falar sobre física, e com certeza absoluta, quem diz isso,
não leu nada desse autor em algum periódico científico de respeito, uma vez que
suas teorias não são científicas (experimentais, falseáveis, empíricas etc.). Isso me
lembra alguém querendo defender a "Teoria da Terra Oca". Não é porque que alguém
é geólogo e defende a “Teoria da Terra Oca” que isso signifique que a Terra seja
realmente oca ou o que tal pessoa diga sobre geologia deva ser verdadeiro. O inverso
é também verdadeiro, não é porque alguém publica um trabalho sério no meio
científico que tudo aquilo que ele diz ou pensa, dali para frente, passa a ser verdade.
Todos são livres de ter as idéias que quiserem, mas só terão validade quando forem
cientificamente testadas. E até hoje, nenhuma das idéias posta por algum místico foi
cientificamente comprovada e, muito menos, usada em qualquer aplicação prática
para a sociedade.
Então, não é porque Capra é físico que tudo que ele diz sobre Física é respaldado na
verdade científica. Na Ciência não cabe a ‘palavra da autoridade’. Se fosse assim,
médicos nunca errariam, prédios jamais cairiam porque os engenheiros deveriam
fazer tudo perfeito etc.
Decididamente as idéias postas por CAPRA constituem o eixo dessa atual visão
mística. Depois de "O TAO DA FÍSICA" ele ainda escreveu "PONTO DE MUTAÇÃO",
um outro livro onde a Física Quântica (FQ) é a "explicação para os eventos
sobrenaturais" etc. São livros baseados em crendices e sem aprovação alguma
daqueles que seriamente se dedicam à Física.
Apreciaria lançar um desafio para que tais místicos lessem um livro inteiro sobre o
que vem a ser uma abordagem científica posta academicamente (e referenciada pela
comunidade científica) para que pudessem constatar por si mesmos que nada é
baseado em crendices, lá nada há de 'místico'. Pensando bem, faço esse desafio: --Que tal ler integralmente o livro de Física Quântica (Átomos, Moléculas, Sólidos,
Núcleos e Partículas) de Eisberg e Resnick, Editora Campus ?
Eu também não sou nenhum especialista em física quântica, mas muito me agradaria
colocar um texto acessível a todos aqueles que querem usar da física quântica para
tentar lastrear suas 'falas'. Quem sabe, lendo-o, os argumentos esotéricos melhorem,
ou desapareçam por completo, ao notarem as falácias postas como analogias. Mas o
texto, como já salientei, não é apenas para místicos, é também para quem quer saber
um pouco mais sobre física quântica e, com isso, poder dialogar com maior riqueza
de argumentos com as pessoas que acreditam em tudo que lêem em livros, tais como
os de Capra.
Em fim, proponho que este texto seja uma ‘dilatação de idéias’, uma leitura inicial nos
acordes de uma divulgação científica, com o propósito de expor alguns
esclarecimentos que ajudem a "desmistificar a Física Quântica", e a incentivar seu
estudo mais profundo para aqueles que viam nela algo estranho o suficiente para
parecer místico.
Não é nada simples dividir essa divulgação em partes significativas, quer histórica ou
factual. No geral é um confronto de modelos, que nada mais é, que “o modo como a
ciência avança”. Os modelos que aqui se defrontam carregam, cada um, sua postura
básica, um - o clássico - assenta-se em “partículas”, ou outro - o quântico - em
“ondas” e, não por isso, se digladiam; essas diferenças de bases estruturais não é o
cerne do confronto. Cada modelo, no seu campo de aplicação, tem coerência; em
particular, cada um trata da ‘energia’ a seu próprio modo --- e é ai que se
desentendem! No modelo clássico a energia é contínua, qualquer valor é possível, na
quântica não. Chegar ao consenso, se possível, é o que justificará o modo como
dividimos os tópicos aqui apresentados.
Essa divulgação será posta em três partes:
Parte 1 - Os estados quânticos do átomo
Parte 2 - Natureza ondulatória das partículas atômicas (feixes de partículas e de
luz)
Parte 3 - O caráter corpuscular da luz e a complementaridade.
Iniciando ...
Para quem já iniciou seus estudos da Teoria Atômica, chamamos a atenção para as
sérias questões que se apresentam quando estudamos a estrutura do átomo. Por um
lado, o modelo do átomo que temos é o de um ‘pequeno sistema planetário’ com
elétrons circulando em torno do núcleo; por outro lado encontramos uma série de
propriedades características que um sistema planetário não apresenta, a saber:
1. Estabilidade - os átomos conservam suas propriedades características apesar das
violentas colisões e de outras perturbações às quais estão sujeitos.
2. Identidade - todos os átomos do mesmo tipo (mesmo Z = número de elétrons)
apresentam propriedades idênticas; emitem e absorvem as mesmas freqüências, têm
exatamente o mesmo tamanho, a mesma forma e os mesmos movimentos internos.
Veremos, adiante, mais detalhes desse comportamento.
3. Regeneração - se os átomos são deformados e suas órbitas eletrônicas forçadas a
se modificar por uma pressão elevada ou por grande aproximação dos átomos, eles
voltam exatamente às suas formas e órbitas iniciais quando a causa da deformação é
removida.
Entretanto, experiências indicam que o átomo é um sistema planetário constituído por
elétrons que circulam em volta do núcleo --- mas, um sistema planetário que não
deveria apresentar essas três propriedades. Portanto, esse modelo do átomo não
pode explicar de maneira alguma a especificidade das qualidades da matéria. O
modelo do átomo planetário é de Rutherford; Bohr, posteriormente, alterou
ligeiramente essa idéia.
Nota: Tanto quanto se sabe, o sistema planetário real não é quantificado. E sendo
assim, é de se esperar, que tenha outras propriedades características distintas
daquela do átomo planetário.
Urge encontrar um traço novo e essencial na estrutura do átomo, que não esteja
contido no modelo clássico de sistema planetário. Essa nova visão da natureza do
átomo foi fornecida pelo desenvolvimento da teoria quântica --- é essa história que
vamos contar.
Quando tentamos penetrar na estrutura interna do átomo, observamos coisas que
parecem contraditórias porque são muito diferentes de nossas experiências com a
matéria comum em larga escala. Elas também não estão de acordo com nossos
modelos habituais sobre partículas e seu comportamento. Estamos conscientes de
que alguma coisa nova deve ser descoberta se desejarmos explicar os fatos da
natureza observados ao nosso redor.
Vamos começar por dar uma descrição mais detalhada de outras observações não
usuais a respeito dos átomos e das partículas atômicas, e esperamos, com isso, abrir
caminho até os novos fenômenos que governam o interior dos átomos. Não
apresentaremos relato histórico. Infelizmente, no estágio atual de desenvolvimento da
ciência, é raro que uma descoberta seja feita no momento em que poderia ser mais
útil para nossa compreensão dos fatos; em geral ela só é realizada depois que o
desenvolvimento tecnológico já criou os meios de se efetuar as medidas necessárias.
Nessa primeira Leitura, destacaremos apenas um conjunto de observações sobre as
novas descobertas, dos três que revelam características incomuns do mundo
atômico. Esse primeiro conjunto engloba as descobertas dos estados quânticos do
átomo (o segundo - nossa parte 2 - diz respeito à natureza quântica da luz, e o
terceiro - nossa parte 3 -, às propriedades ondulatórias das partículas materiais).
Estados quânticos do átomo
Em 1913, James Franck e Gustav Hertz realizaram uma série de experiências nas
quais tentaram modificar as órbitas planetárias dos elétrons no átomo. Eles
raciocinaram da seguinte maneira: o átomo parece resistir a qualquer modificação das
órbitas eletrônicas; tentemos modificar "à força" essas órbitas para vermos de que
maneira e até que ponto o átomo pode resistir. Uma hipótese aceitável, no modelo do
sistema planetário, leva a crer que as órbitas dos planetas sejam modificadas se uma
estrela passasse perto de nosso sistema solar. Franck e Hertz planejaram uma
experiência que corresponderia, no mundo atômico, a um cataclismo solar daquele
tipo.
Em termos simples, a experiência foi a seguinte: temos um recipiente cheio com um
gás de átomos - por exemplo, átomos de sódio ou hidrogênio. Vamos fazer passar
através do gás um feixe estreito de elétrons. Como os elétrons exercem intensa ação
elétrica uns sobre os outros, esperamos que um feixe de elétrons que passe perto de
um átomo exerça uma influência sobre os elétrons orbitais do átomo e modifique suas
órbitas, da mesma maneira que a estrela modificaria a órbita da terra.
Esta ilustração dá uma idéia geral de uma
experiência para medir as variações de energia
sofridas por elétrons quando colidem com
átomos de um gás.
Os elétrons saem de um emissor de elétrons,
são acelerados por uma diferença de potencial
e penetram na câmara central, com energia
conhecida.
Nessa câmara, atravessam uma amostra de
gás (vapor de mercúrio, por exemplo). A
energia que lhes resta depois das colisões é
medida na câmara da direita.
Não podemos olhar diretamente as órbitas eletrônicas para verificar se foram
modificadas, mas podemos descobrir indiretamente o que aconteceu. Fazemos com
que todos os elétrons do feixe tenham exatamente a mesma velocidade quando
penetram no gás. Qualquer modificação que os elétrons produzam nos átomos estará
associada com uma modificação na sua própria velocidade. Essa previsão é
conseqüência da lei da conservação da energia. É necessário energia para alterar a
órbita de um elétron num átomo; portanto, se a órbita for modificada por um elétron
que passa por perto, esse elétron deverá perder alguma energia.
A energia cinética depende diretamente da velocidade da partícula; a velocidade do
elétron será reduzida e essa redução pode ser observada quando o feixe sai do outro
lado do recipiente que contém o gás. O mesmo aconteceria se uma estrela passasse
pelo nosso sistema solar. Sua passagem daria um empurrão na Terra, aumentando a
energia da Terra e diminuindo a energia da estrela.
O que deveríamos esperar, baseado no modelo planetário?
Haveria todos os tipos de modificações de órbitas, pequenos e grandes, dependendo
de quão próximo do átomo houvesse passado o elétron. Deveríamos esperar todos os
valores de perdas de energia (ou, às vezes, ganho) a partir de zero; a perda média
deveria ser menor quando o feixe atravessasse um gás mais rarefeito, pois, nesse
caso haveria menor número de passagens próximas a átomos.
Entretanto, os fatos observados foram completamente diferentes. Quando a energia
dos elétrons era menor do que um certo mínimo, não se observava variação alguma
na velocidade. Essa energia mínima era bastante alta --- mais de cem vezes maior do
que a energia térmica de elétrons em temperaturas habituais. Quando a energia era
maior do que esse mínimo, os elétrons perdiam certas quantidades especificas de
energia ou nenhuma energia. Essas quantidades específicas e também a energia
mínima são características do tipo de átomo do gás; não dependem da densidade do
gás nem de nenhuma outra circunstância externa.
O que pode significar esse resultado inesperado?
Ele nos diz que não podemos modificar as órbitas dos elétrons no átomo de maneira
arbitrária. Ou elas não mudam, ou sofrem alterações especificas e bastante grandes
de energia.
Nesse ponto, entra o conceito de "quantum" de energia. A energia pode ser fornecida
a um átomo apenas em pacotes de tamanhos característicos - nem mais, nem menos.
Tudo se passa como se o átomo aceitasse energia apenas em pacotes de tamanhos
predeterminados. Não aceita uma pequena porção, mas apenas o pacote completo.
Cada átomo só pode aceitar pacotes de energia característicos. Se oferecermos
menos, o átomo absolutamente não reage . Reage (muda o seu estado) apenas se
lhe oferecemos a quantidade certa.
Essa situação é, certamente, distinta da nossa imagem de um sistema planetário.
Uma estrela que passe pode fornecer qualquer quantidade de energia à Terra.
Quanto maior for a distância de passagem, menor será a quantidade de energia
transferida. Mas o resultado dessa experiência não é tão surpreendente em vista do
que já sabemos acerca do átomo. Ele mostra que o estado do átomo tem uma
estabilidade intrínseca. Impactos fracos não podem modificá-lo; para consegui-lo é
preciso uma grande quantidade de energia. Deve haver alguma coisa que conserva o
átomo em seu estado normal característico, e essa alguma coisa só pode ser vencida
por grandes energias.
Esse fato não poderia estar relacionado com o fenômeno que dá origem à
especificidade dos átomos? E, que obriga sempre os elétrons a uma configuração
característica de cada tipo especial de átomo?
Nesse ponto, precisamos ser mais quantitativos.
Qual é a energia mínima necessária para modificar o estado de um átomo'?
Façamos, agora, uma pequena pausa na discussão, para saber como são expressas
as energias nos problemas atômicos.
Medimos a energia de partículas atômicas com uma unidade chamada "elétron-volt",
símbolo "eV". O elétron-volt é a quantidade de energia que um elétron recebe/cede ao
passar de um ponto a outro, cuja diferença de potencial elétrico é de 1 volt (U = 1V).
Essa unidade substitui o "joule" (J) nas interações atômicas.
Vamos dar mais um pincelada nisso, em forma de perguntas (P) e respostas (R).
Mas, para não quebrar a continuidade do tema colocamos essas perguntas e
resposta no final dessa página. Clique aqui.
Retornemos agora às experiências de Franck e Hertz, nas quais energia é transmitida
a átomos por meio de um feixe de elétrons. Verificou-se que a energia limiar de um
átomo de sódio --- isto é, a energia mínima que ele é capaz de receber e adicionar ao
seu conteúdo de energia --- é de 2,1 elétron-volts; no átomo de hidrogênio, essa
energia mínima chega a 10 elétron-volts. São energias muito mais altas do que as
energias do movimento térmico à temperatura ambiente. Imediatamente ligamos esse
fato àquele outro de que os átomos de um gás á temperatura ambiente conservam
sua identidade e não são modificados apesar das muitas colisões sofridas. A energia
dessas colisões está bem abaixo da energia limiar, isto é, abaixo do menor quantum
de energia que o átomo pode aceitar. Portanto, as experiências de Franck-Hertz
mostraram, a surpreendente estabilidade dos átomos, dando a ela um aspecto
quantitativo. O átomo permanece inalterado e estável enquanto os impactos
recebidos transportam menos energia do que uma energia mínima necessária para
alterar o átomo. Essa energia mínima, chamada de energia limiar, tem um valor
característico para cada elemento. Sem dúvida, Franck e Hertz medira a estabilidade
atômica.
Os resultados das experiências de Franck.Hertz. vão ainda além.
Elas nos informam não apenas da quantidade mínima de energia que os átomos
aceitam, mas nos dão a série completa de valores específicos da energia que o
átomo é capaz de aceitar. Apenas esses valores podem ser fornecidos ao átomo; ele
ignora qualquer valor entre esses valores característicos.
Por exemplo, o átomo de hidrogênio aceita apenas
as seguintes quantidades: 10 eV, 12 eV, 12,5 eV e
12,9 eV, e valores mais elevados e mais próximos
uns dos outros.
O átomo de sódio, por sua vez, aceita somente 2,1
eV, 3,18 eV, 3,6 eV, 3,75 eV, etc.
A ilustração ao lado é uma representação gráfica
dessas energias, para o hidrogênio e para o sódio.
Cada energia corresponde a um certo estado de
movimento do elétron no átomo. Portanto, cada
linha representa um estado particular que o átomo
pode assumir.
Ao que parece, todos os outros estados situados entre esses são proibidos. Os
estados permitidos, que caracterizam uma quantificação, são chamados estados
quânticos. O estado de mais baixa energia é o estado fundamental; é nesse estado
que o átomo está geralmente; os outros são chamados estados excitados. O íon, por
exemplo, caracteriza um estado excitado do átomo. A energia limiar é a diferença
entre a energia do primeiro estado excitado e o estado fundamental.
Um 'Banco' quântico e os espectros das contas correntes
Estes fatos ressaltados pelo experimento acima estão em contraste com o que
esperamos a partir do comportamento do modelo planetário.
Por que a energia dos elétrons dentro do átomo seria quantizada?
O que nos impede de acrescentar uma quantidade arbitrariamente pequena de
energia a um átomo?
Se compararmos a energia de um átomo a uma conta bancária, tudo se passa como
se o banco só permitisse a retirada e o depósito de determinadas quantias, de
maneira a manter a conta em certos valores predeterminados.
Consideremos agora mais detalhadamente os diferentes estados quânticos. Em geral
designamos a série de valores permitidos para a energia como o "espectro" do átomo.
O espectros da ilustração acima (para o hidrogênio), assim como outros (não
ilustrados), revelam uma propriedade geral muito importante dos estados quânticos :
quanto mais alto é o valor da energia acima do estado fundamental, menor é o
intervalo entre os estados quânticos (repare bem isso, na ilustração acima). Essa é
uma propriedade observada em todos os sistemas atômicos; para grandes energias
de excitação, os estados quânticos tornam-se tão próximos uns dos outros que
praticamente se confundem.
Para energias elevadas, os efeitos quânticos desaparecem -- ou melhor dizendo,
tornam-se negligenciáveis; não deixam de existir, mas outros efeitos tornam-se mais
marcantes e prevalecem sobre aqueles. O átomo pode ser, quando num estado
excitado de grande energia, afetado por qualquer quantidade de energia, como um
sistema planetário comum o seria. Tudo se passa como se as regras a respeito da
conta bancária fossem abandonadas para contas muito altas, pois os depósitos e
retiradas permitidos tornam-se cada vez menores para grandes contas. Verificou-se
que esse fato é de importância muito mais fundamental do que parece.
O plasma
Atualmente sabemos que, se introduzimos grandes quantidades de energia nos
átomos, eles se comportam como sistemas planetários. Essas condições podem ser
realizadas em temperaturas extremamente altas, que podem ser produzidas por meio
de fortes descargas elétricas em gases. Nessas condições, o gás atinge o estado de
"plasma" -- que é um outro estado da matéria* -- , e os átomos perdem suas
propriedades características. Um plasma de neônio gasoso, no qual cada átomo tem
10 elétrons, tem as mesmas propriedades que um plasma de sódio gasoso, no qual
cada átomo tem 11 elétrons.
Não há mais órbitas eletrônicas selecionadas; não há mais radiação característica.
Entretanto, no espaço cósmico, esse estado é encontrado nos gases expelidos pelo
Sol e por outras estrelas quentes.
*Esse mesmo estado de plasma pode ser encontrado na natureza, no espaço
cósmico, nas estrelas. Os “gases” expelidos pelo Sol, por exemplo, são na realidade
porções de plasma.
No plasma, desaparecem todas as características de ordem pelas quais distinguimos
um átomo de outro. À ordem e a diferenciação ocorrem apenas quando os átomos
estão em seus estados de baixa energia, os quais estão afastados uns dos outros na
escala de energia. Nesses estados (baixa energia), encontramos a estabilidade que
conduz a formas, órbitas e estados de energia especificos e, conseqüentemente, a
propriedades químicas e físicas especificas. Para energias elevadas, todas essas
características desaparecem. Tenhamos presentes, entretanto, que foram as
propriedades características de 'baixas' energias que definiram nossas concepções. O
comportamento desordenado dos átomos em energias elevadas é exatamente o que
esperaríamos de um modelo planetário, isto é, de sistemas planetários colidindo uns
com os outros em altas velocidades.
NOTA: O nome "plasma" não tem nada a ver com o plasma sanguíneo, ou com a
matéria viva da célula. A expressão deriva do fato de que as primeiras realizações de
um plasma atômico em um tubo de descarga assemelhavam-se ao plasma biológico.
P: De onde vem a energia elétrica?
R: A energia elétrica decorre da separação de cargas elétricas num sistema. Visualize
um sistema formado por dois lápis de cor, um vermelho eletrizado positivamente e um
azul eletrizado negativamente. Devido à natural atração das cargas positivas e
negativas, esse sistema de dois lápis eletrizados terá energia elétrica mínima quando
estiverem juntos (estado natural --- energia potencial elétrica nula). Para separar
esses lápis, deve-se aplicar forças que contrariem essa atração elétrica. O trabalho
realizado por essas forças externas ao sistema será a medida da quantidade de
energia potencial elétrica que eles lápis apresentarão quando separados. Então, lápis
eletrizados juntos = sistema isento de energia potencial elétrica; lápis eletrizados
separados = sistema dotado de energia potencial elétrica. Esses dois lápis separados
têm agora algo que não apresentavam quando eletrizados e juntos. Cada lápis
apresentará uma energia potencial elétrica em relação ao outro. Se referenciarmos
um deles como 'energia zero' ou outro armazenará, graças à sua carga elétrica, um
certo 'tanto' de energia potencial elétrica. Esse 'tanto' de energia elétrica, por unidade
de carga, caracterizará a tensão elétrica ou diferença de potencial entre eles.
P: Como medir essa tensão elétrica?
R: Vamos exemplificar usando, de início, de uma bateria de automóvel. Uma bateria
armazena energia potencial química, ou seja, os componentes da solução estão 'fora
de seu estado natural'. Dizer que entre os terminais dessa bateria existe uma tensão
elétrica de 12V é o mesmo que dizer que, cada 'coulomb' (1C) de carga elétrica, para
passar de um terminal a outro, deve receber/ceder 12 joules de energia elétrica. Se
ele passar 'por dentro' da bateria, ele recebe esses 12 J (e a energia química da
bateria diminui de 12J) e se ele passar via circuito externo, cede 12J (para os
elementos que participam do circuito externo). Na tomada de sua casa a tensão
elétrica entre os dois 'furos' (terminais) é de 110V (nominal). Esses terminais, no
fundo, traduzem os terminais do gerador eletromecânico que abastece sua casa com
energia elétrica. Se você liga um aquecedor elétrico nessa tomada, cargas começarão
a 'circular' pelo circuito todo, de modo que, cada coulomb de carga que passa pelo
gerador, recebe 110J de energia elétrica e cada coulomb de carga que passa pelo
aquecedor cede 110J de energia (o aquecedor transformará esses 110J de energia
elétrica em térmica). Se, em lugar de 1 coulomb de carga tomarmos, por unidade, o
valor absoluto da carga do elétron, a energia trocada com a bateria passaria a ser de
12eV e a trocada com a tomada de 110eV.
Nesse último caso, os elétrons sairiam do terminal positivo do gerador, passariam por
dentro dele, e sairiam do terminal negativo com a energia de 110eV; em continuação,
sairiam desse terminal negativo da tomada, passariam pelo aquecedor, entregando a
ele os 110eV e retornando ao terminal positivo.
A tensão elétrica ou d.d.p. indica, portanto, quanto de energia elétrica a unidade de
carga recebe ou cede ao passar de um ponto a outro.
O elétron-volt (1eV) é a unidade de energia potencial elétrica quando se toma
como unidade de carga o valor absoluto da carga do elétron (|e|) e como unidade de
tensão, 1 volt (1V), como sendo a diferença de potencial entre os dois pontos
considerados. [ 1eV = 1|e|.1V ]. Como exercício, relacione as unidades joule e eV.
Os elétrons não saltam de um terminal da tomada para o outro devido ao meio (ar)
ser um mau condutor de corrente elétrica mas, se aproximarmos suficientemente um
terminal do outro, os elétrons vencerão essa dificuldade, saltando. Observamos esse
fenômeno sob a forma de uma faísca.
O elétron-volt é uma unidade de energia conveniente para nossos problemas. Por
exemplo, no ar, á temperatura ambiente, as moléculas voam em todas as direções
com energia cinética média de 1/30 de elétron-volt. Essa é a energia média por átomo
de qualquer tipo para o movimento térmico á temperatura ambiente; é, por exemplo, a
energia das oscilações térmicas irregulares que os átomos efetuam num pedaço de
metal, aquelas que causam a fusão a temperaturas mais elevadas, quando as forças
que mantêm os átomos no lugar são sobrepujadas.
A natureza ondulatória das partículas atômicas
Feixe de Partículas e de Luz
Chegamos agora ao conjunto de observações mais chocante e mais revelador,
relacionadas com a natureza das partículas atômicas. Consideremos a forma mais
simples em que as partículas atômicas, como os elétrons, podem ser encontradas.
Isto se dá quando elas são retiradas dos átomos e movem-se livremente no espaço
vazio. Um conjunto de elétrons que se movem na mesma direção e sentido, e com a
mesma velocidade, constitui o que chamamos “feixe de elétrons”. Feixes desse tipo
são produzidos em válvulas de rádio e, particularmente, nos tubos de televisão.
Atingem o vídeo da televisão pela parte de dentro e formam a imagem. Os feixes de
elétrons devem ser produzidos no vácuo, pois, no ar, os elétrons chocar-se-iam com
as moléculas e rapidamente sairiam do alinhamento.
Provavelmente você imagina que esses feixes de elétrons têm propriedades muito
simples. O 'visual' é que eles são constituídos por um grupo de partículas que se
movem ao longo de trajetórias paralelas, todas com a mesma velocidade. No espaço
livre elas devem mover-se em linha reta, se encontrarem um obstáculo devem
espalhar-se em todas as direções. Entretanto, ao contrário de tudo isso, encontramos
fenômenos estranhos e inesperados.
Antes de descrever esses efeitos, consideremos outro tipo de feixe, o feixe de luz —
por exemplo, o feixe bem focalizado de um farol. Admitamos que a luz tenha uma
única cor.
Comparemos esses dois feixes. Podemos esperar que eles sejam fundamentalmente
diferentes: o feixe de luz é constituído por ondas eletromagnéticas propagando-se no
espaço em determinada direção; não há matéria se movendo, apenas o estado do
campo eletromagnético está variando no espaço. Ao contrário, um feixe de partículas
consiste de matéria real, em pequenas unidades, movendo-se em linha reta. É de se
esperar que os dois feixes sejam tão diferentes quanto o movimento de ondas num
lago e o movimento de um cardume de peixes nadando todos na mesma direção.
Relembremos as experiências pelas quais foi verificada a natureza ondulatória da luz,
particularmente aquela em que um obstáculo é colocado no caminho do feixe, como
ilustramos abaixo (para a luz) e a ilustração seguinte (para um feixe de elétrons).
Essas montagens parecem ideais para mostrar a diferença entre um feixe de ondas e
um de partículas. Se o obstáculo for colocado no caminho de um feixe de partículas,
as que o atingirem não atingirão o anteparo; as que não o atingirem alcançarão o
anteparo; as que passarem raspando pela borda do obstáculo poderão ser
espalhadas e desviadas de sua trajetória.
Fig. 24 Aparelho para difração do feixe de elétrons, semelhante ao aparelho para
difração da luz da Fig. 14. Por questão de clareza, as linhas produzidas pela
interferência foram desenhadas muito mais largas do que o são na realidade.
Portanto, ...
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