CONSERVAÇÃO DO Momento angular

FÍSICA QUÂNTICA: ÁTOMOS
Prof. André L. C. Conceição
DAFIS
CAPÍTULO 40 –
HALLIDAY, RESNICK.
8ª EDIÇÃO
Tudo sobre os átomos
Revisão
1) Modelo de Bohr: átomo de hidrogênio
1) O elétron de um átomo de hidrogênio gira em torno do
núcleo em uma órbita circular, do mesmo modo como os
planetas giram em torno do sol
2) O módulo do momento angular L do elétron pode assumir
apenas os valores:
L  n ,
para n  1, 2, 3, .....
1
Revisão
2) Propriedades do modelo de Bohr:
Raio Orbital
h 2 0 2
n  r  an 2
me 2
a : raio de Bohr
a  52,9 pm
Energia dos Estados
Energia (eV)
r
Distância radial (Å)
Revisão
3) Mudança de Energia
Constante
de
Rydberg
me 4  1
1 
 2 3  2  2 
 8 0 h c  nbaixa nalta 
R
1
me 4
8 02 h 3c
R  1,097 107 m -1
Revisão
4) Números Quânticos e Probabilidade
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Os átomos e o universo
Início do séc. XX
Hoje
dúvida sobre existência
substâncias compostas de átomos
manipulação de átomos
Algumas propriedades dos átomos
• Os átomos são estáveis
• Os átomos se combinam entre si
Ge
Sólidos
Moléculas
• Átomos podem ser agrupados em famílias
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• Átomos podem ser agrupados em famílias
• Os átomos emitem e absorvem luz
E
emissão
E4
E3
absorção
E2
E1
• Os átomos possuem momento angular e
magnetismo
z
momento angular
Visão clássica
momento magnético
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O experimento de Einstein-de Haas (1915)
Albert Einstein
Wander Johannes de Haas (1878-1960)
1915
O experimento de Einstein-de Haas
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O spin do elétron
Elétron – momento angular intrínseco
: spin
Existência do spin: George Uhlenbeck & Samuel Goudsmit
Teoria quântica relativística do spin: P. A. M. Dirac (1929)
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Estados quânticos do elétron em um átomo
Momento angular e momento magnético
Momento angular orbital:
Momento magnético orbital:
Estes vetores não podem ser medidos diretamente,
somente suas componentes
Magneton de Bohr
(ang. semiclássico)
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Momento angular de spin:
Momento magnético de spin:
Estes vetores não podem ser medidos diretamente,
somente suas componentes
z
Soma dos momentos angulares orbitais e de spin
Átomo com mais de 1 elétron:
momento angular total
número atômico
z
Como:
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Verificação
Um elétron se encontra em um estado quântico no qual o módulo do
momento angular orbital
é
. Quantos valores são
permitidos para a projeção do momento magnético orbital do elétron
no eixo z?
O laser e a luz do laser
Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation
•1958 Previsão de condições para amplificação de luz por
emissão estimulada (Laser) por Charles H. Townes e Arthur L.
Schawlow (Nobel 1981)
•Julho 1960 Primeira operação bem sucedida de um laser
óptico (laser) por Theodore H. Maiman
Laser pulsado de rubi
(1960)
Theodore H. Maiman
Características da luz laser
• Monocromaticidade
• Coerência
• Direcionalidade
• Focalização
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Como funcionam os lasers
Absorção
Emissão espontânea
Emissão estimulada
Condições
Antes:
at. em equilíbrio térmico (Boltzmann)
Ex
E0
Einstein (1916): prob. absorção = emissão estimulada
k = 1,3806488 × 10-23 m 2 kg s-2 K-1
Condições
•Inversão de População
Nesta situação a emissão
estimulada domina sobre a
absorção estimulada.
•Emissão Estimulada
O fóton emitido está em fase com, tem
a polarização de, e se propaga na
mesma direção da radiação que o
estimulou.
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O laser de Hélio-Neônio
Fevereiro 1961 Ali Javan, W.R.
Bennett Jr. e D. R. Herriott - Laser
He-Ne contínuo (cw) 1152.3 nm
Mistura típica 0.8 torr de He e 0.1
torr de Ne
Hoje em dia 632.8 nm
Como funcionam os lasers
Exercícios e problemas
Um átomo hipotético possui níveis de energia com uma
separação uniforme de 1,2 eV. A temperatura de 2000 K,
qual é a razão entre o número de átomos no 13o. estado
excitado e o número de átomos no 11o. estado excitado?
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Próxima aula
• Condução de eletricidade nos Sólidos (cap. 41
Halliday)
Bibliografia
Básica:
1) HALLIDAY, D.; RESNICK, R.; e WALKER, J.; Fundamentos de Física.
Volume 1: Mecânica. 8ª edição. Rio de Janeiro: Livros Técnicos e Científicos
Editora S.A. 2009.
2) TIPLER, P. A.; MOSCA, G.; Física para cientistas e engenheiros. Volume
2: Eletricidade e Magnetismo, Óptica. 6ª edição. Rio de Janeiro: Livros
Técnicos e Científicos Editora S.A. 2012
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