UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA

UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA
Centro de Ciências Tecnológicas
Disciplina: Física Moderna I (FMO1001)
Semestre: 2015/01
Prof. Julio César Sagás
IDENTIFICAÇÃO
Cursos: Licenciatura em Física
Disciplina: Física Moderna I (FMO1001)
Semestre letivo: 2015/1
Carga horária teórica: 72 horas-aula
Carga horária prática: 0 horas-aula
EMENTA
História e evolução dos conceitos da Física Quântica. Radiação de corpo negro. Dualidade ondapartícula. O princípio da incerteza. O modelo atômico de Bohr. A equação de Schroedinger. O átomo de
hidrogênio. O spin do elétron.
OBJETIVO GERAL
Compreender a necessidade dos conceitos de Física Quântica para a explicação de fenômenos naturais.
Reconhecer as diferenças e semelhanças entre a abordagem clássica e a abordagem quântica da Física,
determinando suas áreas de aplicação. Aplicar os conceitos de Física Quântica para resolver problemas
e descrever sistemas.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
História e evolução dos conceitos da Física Quântica: Compreender a necessidade da introdução dos
conceitos de Física Quântica para a resolução de importantes questões da Física no início do século XX.
Acompanhar o desenvolvimento das ideias e dos experimentos que levaram ao surgimento da
Mecânica Quântica.
Radiação de corpo negro: Exemplificar a limitação da teoria clássica para a resolução do problema da
radiação de corpo negro. Demonstrar como a quantização da radiação eletromagnética permite obter
o comportamento observado experimentalmente.
Dualidade onda-partícula. O princípio da incerteza: Definir fóton. Descrever experiências importantes
para o desenvolvimento da Física Moderna: efeito fotoelétrico, efeito Compton, etc. Discutir as ideias
de de Broglie. Mostrar como o princípio da incerteza decorre da dualidade onda-partícula. Discutir as
interpretações do princípio da incerteza.
O modelo atômico de Bohr: Descrever a evolução dos modelos atômicos. Enunciar os postulados de
Bohr. Aplicar o modelo de Bohr para determinar as características de um átomo. Identificar as
limitações do modelo.
A equação de Schroedinger: Discutir o significado físico da equação de Schroedinger. Aplicar a equação
de Schroedinger independente do tempo a sistemas quânticos.
O átomo de hidrogênio. O spin do elétron: Descrever o átomo de hidrogênio a partir da equação de
Schroedinger independente do tempo. Introduzir os números quânticos para a descrição do átomo de
hidrogênio. Introduzir o conceito de spin.
UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA
Centro de Ciências Tecnológicas
Disciplina: Física Moderna I (FMO1001)
Semestre: 2015/01
Prof. Julio César Sagás
CRONOGRAMA*
N
O
Data
Dia
1
23/02
seg
2
25/02
qua
3
02/03
seg
4
5
6
04/03
09/03
11/03
16/03
qua
seg
qua
seg
7
18/03
qua
8
23/03
seg
9
25/03
qua
10
30/03
seg
11
01/04
qua
12
06/04
seg
13
08/04
qua
14
13/04
seg
Assunto
RADIAÇÃO TÉRMICA E O POSTULADO DE PLANCK. PROPRIEDADES
CORPUSCULARES DA RADIAÇÃO.
Apresentação da disciplina. O estado da Física no final do Século XIX. As Leis de
Newton e o comportamento da matéria. As Equações de Maxwell e o
comportamento da radiação. Experimentos do final do Século XIX com interação
entre matéria e radiação. A Radiação de Corpo Negro. Propriedades do campo
de radiação.
A radiação de cavidade. Resultados experimentais para a Radiação do Corpo
Negro. Radiância e radiância espectral. O Corpo Negro. Resultados
experimentais para a Radiação do Corpo Negro. A Lei de Stefan-Boltzmann. A Lei
de Deslocamento de Wien.
Modelos teóricos para a Radiação do Corpo Negro. O modelo empírico de Wien
e suas implicações. O modelo clássico de Rayleigh e Jeans e suas implicações. A
“catástrofe do ultravioleta”.
O modelo de Planck.
FERIADO - ANIVERSÁRIO DE JOINVILLE
O Postulado de Planck e suas implicações.
Propriedades corpusculares da radiação. A natureza da Luz. O Efeito
Fotoelétrico. Primeiros resultados experimentais quantitativos para o Efeito
Fotoelétrico. Modelo de Einstein para a Luz. O Fóton e a sua explicação para o
Efeito Fotoelétrico.
O Fóton e a dualidade onda-partícula. O Efeito Compton. Resultado
experimental do Efeito Compton. A evidência do momento linear do fóton. Leis
de Conservação na colisão entre um fóton e um elétron livre.
A criação e a aniquilação de pares. A Equação de Dirac e a proposta da existência
da anti-matéria. Evidências experimentais da existência do pósitron: o
experimento de Anderson. Leis de Conservação nos processos de criação e
aniquilação de pares. A produção de Raios-X. Os experimentos de Roentgen. Os
espectros contínuo e discreto de Raios-X. O comprimento de onda de corte de
Raios-X. O modelo do fóton e a produção de Raios-X.
PRIMEIRA AVALIAÇÃO**
PROPRIEDADES ONDULATÓRIAS DA MATÉRIA. MODELOS ATÔMICOS.
Propriedades ondulatórias da matéria. O Postulado de De Broglie. A difração de
elétrons. O fenômeno da difração. O experimento de Davisson e Germer.
A dualidade onda-partícula para a matéria e o Princípio da
Complementariedade. O Princípio da Incerteza de Heisenberg
Modelos filosóficos para o átomo – a contribuição da filosofia greco-romana. As
origens do atomismo científico: contribuições da Química para a compreensão
do átomo. Os raios catódicos e a descoberta do elétron. O experimento de J. J.
Thomson e a determinação da relação carga/massa para o elétron. O
experimento de Millikan e a determinação da carga do elétron. O modelo de
Thomson para o átomo. As hipóteses de Thomson. A distribuição de elétrons em
anéis no átomo de Thomson. A instabilidade do átomo de Thomson.
O modelo de Nagaoka. O modelo de Rutherford para o átomo. O experimento
de Geiger e Mardsen e as contradições do modelo de Thomson. O modelo
nuclear para o átomo. A instabilidade do átomo de Rutherford.
A espectroscopia de vapores atômicos. As séries espectrais para lâmpada de
vapor de hidrogênio. A fórmula de Rydberg. O modelo de Bohr para o átomo. Os
UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA
Centro de Ciências Tecnológicas
Disciplina: Física Moderna I (FMO1001)
Semestre: 2015/01
Prof. Julio César Sagás
15
15/04
16
20/04
22/04
17
18
27/04
29/04
19
04/05
20
21
06/05
11/05
22
13/05
23
24
25
26
18/05
20/05
25/05
27/05
27
01/06
28
29
30
31
03/06
08/06
10/06
15/06
32
17/06
33
22/06
34
24/06
35
29/06
06/07
Postulados de Bohr. A quantização da energia no átomo de Bohr.
qua O Princípio da Correspondência. A quantização do momento angular no átomo
de Bohr. A correção para massa nuclear finita no átomo de hidrogênio.
seg FERIADO ESCOLAR
qua Regras de quantização de Wilson-Sommerfeld. O modelo de Sommerfeld para o
átomo. As órbitas elípticas e as regras de quantização. A quantização da
componente z do momento angular. A quantização do módulo do momento
angular. A quantização da energia
seg Revisão.
qua SEGUNDA AVALIAÇÃO**
TEORIA DE SCHROEDINGER DA MECÂNICA QUÂNTICA
seg Os Postulados da Mecânica Quântica. A função de onda. A Equação de
Schroedinger.
qua Operadores quânticos. Valores médios de operadores quânticos.
seg A Equação de Schroedinger Independente do Tempo. A Equação de
Schroedinger em uma dimensão.
qua Soluções da Equação de Schroedinger independente do tempo. A partícula livre.
A partícula confinada em uma caixa.
seg O potencial degrau. A barreira de potencial.
qua O poço de potencial.
seg O oscilador harmônico simples.
qua TERCEIRA AVALIAÇÃO**
ÁTOMOS DE UM ELÉTRON. MOMENTO ANGULAR ORBITAL E DE SPIN
seg O átomo de hidrogênio. A Equação de Schroedinger para o átomo de hidrogênio.
O Método da Separação de Variáveis.
qua A variável angular polar e o número quântico magnético.
seg A variável angular azimutal e o número quântico secundário.
qua A variável radial e o número quântico principal.
seg A frequência de Larmor e o movimento de precessão. O momento magnético
orbital do elétron. O número quântico magnético e a quantização da
componente z do momento angular. O número quântico azimutal e a
quantização do módulo do momento angular. A energia magnética e o Efeito
Zeeman.
qua Experiência de Stern-Gerlach. Detalhes experimentais do experimento. O spin do
elétron: a proposição de Goudsmit e Uhlembeck.
seg O momento angular total do elétron. Propriedades do momento angular total
do elétron. Os auto-estados do momento angular total. Momento de dipolo
magnético total do elétron. A energia magnética e o Efeito Zeeman Anômalo.
qua A estrutura fina do espectro atômico. O acoplamento spin-órbita. A energia do
acoplamento spin-órbita. Notação espectroscópica. Regras de seleção nos
espectros atômicos.
seg QUARTA AVALIAÇÃO
seg EXAME
* O cronograma está sujeito a alterações durante o semestre
** Estas avaliações terão três horas-aula de duração
BIBLIOGRAFIA BÁSICA
EISBERG, R. e RESNICK, R. Física Quântica. Editora Campus. Rio de Janeiro. 1986.
BEISER, A. Concepts of Modern Physics. Mc Graw-Hill, New York, 1967.
UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA
Centro de Ciências Tecnológicas
Disciplina: Física Moderna I (FMO1001)
Semestre: 2015/01
Prof. Julio César Sagás
TIPLER, P. A. e Llewellyn, A.. Física Moderna, 3ª Edição, Livros Técnicos e Científicos Editora S.A., Rio de Janeiro, 2001.
BIBLIOGRAFIA COMPLEMENTAR
CARUSO, F. e OGURI, V. – Física Moderna; Elsevier Editora; São Paulo; 2006.
NUSSENZVEIG, H. M. Física Básica, Volume 4, Editora Edgard Blücher; São Paulo; 2006.
HALLIDAY, D. , RESNICK, R.e WALKER, J. – Fundamentos de Física 4 (Óptica e Física Moderna) – 4a Edição – Livros Técnicos e Científicos Ed
SEARS, F. W., ZEMANSKY, M. W., YOUNG, H. D. e FREEDMAN, R. – Física IV (Óptica e Física Moderna) – 1a Edição –
Pearson Education do Brasil (Addison Wesley) – 2004.
AVALIAÇÃO
A avaliação será feita por meio de quatro provas escritas individuais. A média semestral será a média
aritmética simples das provas.
CRITÉRIOS DE AVALIAÇÃO
Para avaliação das provas e relatórios, os seguintes critérios serão adotados:
- Domínio dos conceitos físicos;
- Precisão e clareza dos cálculos matemáticos;
- Clareza de raciocínio e expressão de ideias;
- Correta utilização e apresentação das grandezas físicas e suas unidades;
CÁLCULO DA MÉDIA FINAL
Para aprovação sem exame: M f  M s  7,0 , onde Mf é a média final e Ms é a média semestral.
Se Ms < 7,0, o aluno realizará um exame onde a condição para aprovação é dada por:
Mf 
Sendo Ne a nota do exame.
(6,0M s  4,0 N e )
 5,0
10