Introdução à Quântica
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Germano Maioli PenelloReinaldo de Melo e Souza
Introdução à Quântica
Espaço Alexandria
03/05/2013
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Raciocínio clássico inadequado para descrever radiação de corpo negro.
O vilão é o teorema da equipartição de energia.
A introdução de uma emissão de energia discreta leva à quebra da equipartição e consegue descrever adequadamente o problema do corpo negro.
Revisão da aula passada
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Corpo negroVimos até agora o espectro de radiação de
um corpo negro.
http://www.cursosvirt2.dominiotemporario.com/EaD/QQ/aula-1/aula-1.htm
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Corpo negroVimos até agora o espectro de radiação de
um corpo negro.
Espectro contínuo! Existe um contínuo de freqüências com diferentes intensidades.
http://www.cursosvirt2.dominiotemporario.com/EaD/QQ/aula-1/aula-1.htm
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Corpo negroEspectro contínuo! Existem todas as
frequências com diferentes intensidades.
http://en.wikipedia.org/wiki/Spectral_line
No visível:
Espectro contínuo
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Emissão de um átomoDúvida: Vamos a um exemplo mais realista,
como explicar a emissão de energia por um átomo?
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Emissão de um átomoDúvida: Vamos a um exemplo mais realista,
como explicar a emissão de energia por um átomo?
Experiência:
http://http://en.wikipedia.org/wiki/Spectral_line
Raias de emissão
Espectro discreto
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Emissão de um átomoDúvida: Vamos a um exemplo mais realista,
como explicar a emissão de energia por um átomo?
Experiência:
http://http://en.wikipedia.org/wiki/Spectral_line
Raias de emissão
Raias de absorção
Espectro discreto
Mesmas freqüências
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As linhas espectraisEstudo da interação entre matéria e radiação.
Estudaremos a emissão atômica.
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As linhas espectraisEstudo da interação entre matéria e radiação.
Estudaremos a emissão atômica.
Experimentos: Átomos: emissão e absorção espectral discretaConstitui uma impressão digital atômica
http://www2.astro.psu.edu/users/dfox/A001/Notes/lec07.html
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Emissão do átomo de hidrogênioDurante muito tempo apenas fórmulas
empíricas eram conhecidas.
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Emissão do átomo de hidrogênioDurante muito tempo apenas fórmulas
empíricas eram conhecidas.
Série de Balmer (1885):
410 nm434 nm 486 nm 656 nm
http://en.wikipedia.org/wiki/Hydrogen_spectral_series http://en.wikipedia.org/wiki/Balmer_series
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Emissão do átomo de hidrogênioDurante muito tempo apenas fórmulas
empíricas eram conhecidas.
Série de Balmer (1885):
410 nm434 nm 486 nm 656 nm
http://en.wikipedia.org/wiki/Hydrogen_spectral_series http://en.wikipedia.org/wiki/Balmer_series
Diferença entre dois termos!!
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O átomo de hidrogênioFórmulas empíricas para as frequências
possíveis de emissão: Séries de Lyman, Balmer, Paschen …
http://en.wikipedia.org/wiki/Hydrogen_spectral_series
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O átomoPor que o espectro é discreto?
Diversos sistemas clássicos possuem.
http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/waves/string.html
http://www.sr.bham.ac.uk/xmm/structures2.html
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O átomoPor que o espectro é discreto?
Diversos sistemas clássicos possuem.Existe uma frequência fundamental?
Não: Lei da combinação.
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O átomoPor que o espectro é discreto?
Diversos sistemas clássicos possuem.Existe uma frequência fundamental?
Não: Lei da combinação.Inviável classicamente.
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O átomoPor que o espectro é discreto?
Diversos sistemas clássicos possuem.Existe uma frequência fundamental?
Não: Lei da combinação.Inviável classicamente.
Como entender a emissão e absorção?
Devemos sondar a estrutura atômica.
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O átomo - J.J. Thomson
http://phet.colorado.edu/en/simulation/rutherford-scattering
Descoberta do elétron em 1897.
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O átomo - J.J. Thomson
http://phet.colorado.edu/en/simulation/rutherford-scattering
Descoberta do elétron em 1897.O átomo é globalmente neutro, mas deve
possuir uma estrutura.
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O átomo - J.J. Thomson
http://phet.colorado.edu/en/simulation/rutherford-scattering
Descoberta do elétron em 1897.O átomo é globalmente neutro, mas deve
possuir uma estrutura.Proposta do modelo de pudim de passas.
Dá conta da emissão discreta, mas não da lei da combinação.
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O átomo - J.J. Thomson x Rutherford
http://phet.colorado.edu/en/simulation/rutherford-scattering
Modelo do pudim de passas:Problema: Não está de acordo com o
experimento quanto ao problema do espalhamento.
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O átomo - RutherfordModelo Planetário
Elétrons orbitariam um núcleo positivo.
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O átomo - RutherfordModelo Planetário
Elétrons orbitariam um núcleo positivo.Cargas emitem radiação!
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O átomo - RutherfordModelo Planetário
Elétrons orbitariam um núcleo positivo.Cargas emitem radiação!
Há perda de energia.
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O átomo - RutherfordModelo Planetário
Elétrons orbitariam um núcleo positivo.Cargas emitem radiação!
Há perda de energia.Átomo instável!
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O átomo - RutherfordModelo Planetário
Elétrons orbitariam um núcleo positivo.Cargas emitem radiação!
Há perda de energia.Átomo instável!
Tempo de vida: 10-8 s!
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O átomo - RutherfordModelo Planetário
Elétrons orbitariam um núcleo positivo.Cargas emitem radiação!
Há perda de energia.Átomo instável!
Tempo de vida: 10-8 s!Espectro contínuo deemissão.
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Afinal como descrever o átomo?Classicamente: Emissão é função da
trajetória da carga.
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Afinal como descrever o átomo?Classicamente: Emissão é função da
trajetória da carga. Modelos incapazes de lidar com princípio da
combinação.
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Afinal como descrever o átomo?Classicamente: Emissão é função da
trajetória da carga. Modelos incapazes de lidar com princípio da
combinação.Ideia fundamental de Bohr:
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Afinal como descrever o átomo?Classicamente: Emissão é função da
trajetória da carga. Modelos incapazes de lidar com princípio da
combinação.Ideia fundamental de Bohr:
Emissão não está ligada com uma órbita, mas sim com a transição de uma órbita a outra.
![Page 33: Introdução à Quântica](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022033021/568166ee550346895ddb451d/html5/thumbnails/33.jpg)
Afinal como descrever o átomo?Classicamente: Emissão é função da
trajetória da carga. Modelos incapazes de lidar com princípio da
combinação.Ideia fundamental de Bohr:
Emissão não está ligada com uma órbita, mas sim com a transição de uma órbita a outra.
A quantidade emitida depende da diferença de energia entre cada órbita (princípio da combinação).
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Afinal como descrever o átomo?Classicamente: Emissão é função da
trajetória da carga. Modelos incapazes de lidar com princípio da
combinação.Ideia fundamental de Bohr:
Emissão não está ligada com uma órbita, mas sim com a transição de uma órbita a outra.
A quantidade emitida depende da diferença de energia entre cada órbita (princípio da combinação).
Vejamos melhor como funciona o modelo de Bohr.
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Postulados:Órbitas estacionárias discretas. Determinadas
pela quantização do momento angular.
Modelo de Bohr
http://en.wikipedia.org/wiki/Bohr_model
![Page 36: Introdução à Quântica](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022033021/568166ee550346895ddb451d/html5/thumbnails/36.jpg)
Postulados:Órbitas estacionárias discretas. Determinadas
pela quantização do momento angular.Nestas órbitas não há emissão.
Modelo de Bohr
http://en.wikipedia.org/wiki/Bohr_model
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Postulados:Órbitas estacionárias discretas. Determinadas
pela quantização do momento angular.Nestas órbitas não há emissão.
Ao passar de um órbita mais externa a uma mais interna, o átomo emite um fóton com freqüência determinada pela diferença de energia das órbitas.
Modelo de Bohr
http://en.wikipedia.org/wiki/Bohr_model
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Postulados:Órbitas estacionárias discretas. Determinadas
pela quantização do momento angular.Nestas órbitas não há emissão.
Ao passar de um órbita mais interna a uma mais externa, o átomo absorve um fóton com freqüência determinada pela diferença de energia das órbitas.
Modelo de Bohr
http://en.wikipedia.org/wiki/Bohr_model
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Sucesso: Primeira dedução teórica da fórmula empírica
de Balmer!
Modelo de Bohr
http://en.wikipedia.org/wiki/Bohr_model
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Sucesso: Primeira dedução teórica da fórmula empírica
de Balmer!
Contudo, o modelo de Bohr apresenta sérios problemas.
Modelo de Bohr
http://en.wikipedia.org/wiki/Bohr_model
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Violação do eletromagnetismo de Maxwell.
Modelo de Bohr - Críticas
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Violação do eletromagnetismo de Maxwell.No eletromagnetismo clássico podemos
calcular a freqüência, polarização e intensidade da radiação emitida.
Modelo de Bohr - Críticas
![Page 43: Introdução à Quântica](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022033021/568166ee550346895ddb451d/html5/thumbnails/43.jpg)
Violação do eletromagnetismo de Maxwell.No eletromagnetismo clássico podemos
calcular a freqüência, polarização e intensidade da radiação emitida.
No modelo de Bohr apenas a freqüência!
Modelo de Bohr - Críticas
![Page 44: Introdução à Quântica](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022033021/568166ee550346895ddb451d/html5/thumbnails/44.jpg)
Violação do eletromagnetismo de Maxwell.No eletromagnetismo clássico podemos
calcular a freqüência, polarização e intensidade da radiação emitida.
No modelo de Bohr apenas a freqüência!Solução parcial: Princípio da correspondência.
Modelo de Bohr - Críticas
![Page 45: Introdução à Quântica](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022033021/568166ee550346895ddb451d/html5/thumbnails/45.jpg)
Violação do eletromagnetismo de Maxwell.No eletromagnetismo clássico podemos
calcular a freqüência, polarização e intensidade da radiação emitida.
No modelo de Bohr apenas a freqüência!Solução parcial: Princípio da correspondência.
Idealização de órbitas circulares.
Modelo de Bohr - Críticas
![Page 46: Introdução à Quântica](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022033021/568166ee550346895ddb451d/html5/thumbnails/46.jpg)
Violação do eletromagnetismo de Maxwell.No eletromagnetismo clássico podemos
calcular a freqüência, polarização e intensidade da radiação emitida.
No modelo de Bohr apenas a freqüência!Solução parcial: Princípio da correspondência.
Idealização de órbitas circulares.Melhora: Modelo de Sommerfeld-Wilson.
Modelo de Bohr - Críticas
![Page 47: Introdução à Quântica](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022033021/568166ee550346895ddb451d/html5/thumbnails/47.jpg)
Apesar de ideias altamente não-clássicas, começa aplicando as leis clássicas. Onde está o limite?
Modelo de Bohr - Críticas
![Page 48: Introdução à Quântica](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022033021/568166ee550346895ddb451d/html5/thumbnails/48.jpg)
Apesar de ideias altamente não-clássicas, começa aplicando as leis clássicas. Onde está o limite?Necessidade de estabelecermos uma física
nova.
Modelo de Bohr - Críticas
![Page 49: Introdução à Quântica](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022033021/568166ee550346895ddb451d/html5/thumbnails/49.jpg)
Apesar de ideias altamente não-clássicas, começa aplicando as leis clássicas. Onde está o limite?Necessidade de estabelecermos uma física
nova.
Veremos que as leis da mecânica clássica deverão ser totalmente revistas, e novos conceitos introduzidos.
Modelo de Bohr - Críticas
![Page 50: Introdução à Quântica](https://reader030.fdocuments.net/reader030/viewer/2022033021/568166ee550346895ddb451d/html5/thumbnails/50.jpg)
Modelos atômicos
http://phet.colorado.edu/en/simulation/hydrogen-atom