REVISÃO DE FÍSICA  3ºANO VESTIBULAR UFS  FÍSICA MODERNA
Autor: CAÇADORES DO CONHECIMENTO | Publicado: 2008-12-08T04:17:00-08:00

REVISÃO DE FÍSICA MODERNA RETIRADO DO SITE FISICA NET Prof.Alberto Prass RESUMO DE FÍSICA MODERNA - © Prof. Alberto Ricardo PrässA Física do final do século XIXPouco antes do princípio do século XX, o final do chamado período clássico caracterizado pelo ponto de vista newtoniano, a Física encontrava-se em uma posição única em relação às outras ciências e a outros diversos campos do saber.A situação era única porque os físicos, em seu intento de estudar os fenômenos naturais, aparentemente haviam tido um êxito completo, já que praticamente tudo o que se observava podia ser explicado em termos de conceitos e leis conhecidas, como as leis de Newton do movimento, etc.; haviam sido tão cuidadosos nas suas conclusões que os físicos pareciam ter a situação completamente nas mãos.De uma maneira muito menos milagrosa, as novas observações se haviam ajustado nos lugares aparentemente dispostos para elas nas teorias e hipóteses válidas por mais de um século.Os físicos teóricos perceberam que a Física estava se aproximando a um estado de um tema clássico já morto e tão completamente conhecido em detalhe que tinha poucas coisas interessantes, se é que tinha, para as futuras gerações investigarem. Nessa época os mais ilustres físicos declaravam que todas as descobertas importantes da Física já haviam sido feitas e que grande parte da aventura havia desaparecido; tudo o que se esperava das gerações futuras era a tarefa incolor de aumentar a precisão das medidas das constantes físicas e de suas relações.Este ponto de vista mostrou-se totalmente equivocado e presunçoso. O propósito deste curso é considerar as idéias e conceitos da Física Moderna .1. A Teoria QuânticaSegundo o físico alemão Max PLANCK (1900):“A energia radiante de freqüência f, só pode ser emitida ou absorvida em quantidades discretas (quantum), múltiplos inteiros de hf, sendo h a constante universal de Planck (6,6 x 10-34 J.s)” Observações:* Um fóton é um quantum (partícula) de energia eletromagnética.* Os fótons não têm todos a mesma a energia. Os “quanta” de luz azul são de maior energia que os de luz vermelha, pois têm menor comprimento de onda e portanto, maior freqüência.* Duas fontes luminosas de mesma freqüência (isto é, de mesma cor) emitem fótons de igual energia “hf” .* Uma fonte “brilhante” (grande intensidade luminosa) emite MAIS fótons por segundo do que uma fonte “tênue” (pequena intensidade luminosa) da mesma cor, porém os fótons de ambas as fontes têm a mesma ENERGIA.2. O Efeito FotoelétricoExperimentalmente se verifica que:* Quando a luz incide sobre a superfície de um metal, elétrons podem ser emitidos por ela.* Quando a luz de certa freqüência (f) arranca elétrons do metal, eles não saem todos com a mesma energia. Suas energias distribuem-se entre um valor mínimo e um máximo.* É necessária uma energia mínima, para arrancar um elétron de determinado metal, é chamada FUNÇÃO TRABALHO (W).* Para explicar o efeito fotoelétrico o físico alemão Albert EINSTEIN (1905) afirmou que:* A taxa de emissão de fotoelétrons é diretamente proporcional à intensidade da luz incidente.* Para que um elétron escape da superfície de um metal, deve-se fazer um trabalho contra as forças que o fixam aí, ou seja, os fotoelétrons devem adquirir energia suficiente para serem ejetados.* A energia absorvida em excesso aparece na forma de energia cinética:* A energia cinética dos fotoelétrons é independente da intensidade da luz incidente.3. O Efeito Compton“Os fótons apresentam propriedades corpusculares (de partículas) quando se chocam com um elétron. Nessas circunstâncias, o fóton perde energia para o elétron, diminuindo sua freqüência e aumentando o seu comprimento de onda.”4. Dualidade onda-partícula“A Luz apresenta propriedades ondulatórias (reflexão, refração, difração, interferência e efeito Dopler) e corpusculares (efeito fotoelétrico e efeito Compton)”.Segundo o físico francês Louis DE BROGLIE as partículas subatômicas (elétrons, prótons, etc.) também possuem características ondulatórias. Esse fato foi comprovado por Clinton DAVISSON, Lester GERMER e G. P. THOMSON (filho de J. J. Thomson) .FÍSICA ATÔMICA E NUCLEAR1. MODELOS ATÔMICOSO MODELO DE BOHR PARA O ÁTOMO DE HIDROGÊNIOPara interpretar o espectro do átomo de hidrogênio, o físico dinamarquês Niels BOHR desenvolveu uma teoria baseada nos seguintes postulados.1) O elétron pode permanecer em CERTAS órbitas sem irradiar, apesar da aceleração centrípeta.2) As órbitas permitidas aos elétrons são tais que o momento angular e a energia do sistema atômico seja múltiplo de uma constante (a energia do elétron é “quantizada”).3) Se um elétron passa de uma órbita de energia E2 para outra de menor energia E1 , é emitido um fóton de energia:4) A teoria de Bohr foi generalizada e aplicada posteriormente a outros átomos mais complexos. Na Mecânica Ondulatória (De Broglie, Schrödinger e outros), abandonou-se o conceito de órbitas eletrônicas definidas ao redor do núcleo, falando-se hoje em dia de “níveis de energia do átomo”.4. OS RAIOS X (RAIOS RÖNTGEN)São ondas eletromagnéticas de alta freqüência, ou seja, alta energia – 10 keV (dentários) à 1000 keV (aceleradores lineares) - , obtidas quando elétrons rápidos colidem sobre uma placa metálica (wolfrânio ou tungstênio).5. DECAIMENTOS RADIOATIVOSMuitos núcleos atômicos são instáveis e para atingir a estabilidade emitem radiação. As três principais formas de radiação nuclear são:ALFA (a)· são núcleos de Hélio, isto é, íons duplamente positivosBETA (b)· é formada por elétrons rápidos, de velocidades próximas à velocidade da luz.· surgem na desintegração de nêutrons em prótons.GAMA (g)· é formada por ondas eletromagnéticas de altíssima freqüência.· é usada em tratamentos de radioterapia (cobalto-60 ou césio-137 são boas fontes desse tipo de radiação).PODER DE PENETRAÇÃOQuando um núcleo emite radiação ele sofre o que chamamos de decaimento:FISSÃO NUCLEAR“Reação nuclear, espontânea ou provocada, em que um núcleo atômico, geralmente pesado se divide em duas partes de massas comparáveis, emitindo nêutrons e liberando grande quantidade de energia ( equação de EinsteinèE=mc², onde m é a massa e c é a velocidade da luz no vácuo – aproximadamente 300.000km/s).”Observações:· bomba A (Hiroshima e Nagazaki)· usina de Angra dos Reis· submarinos nucleares· deixa “lixo atômico”Exemplo:Também são fissionáveiseSe os nêutrons filhos não forem controlados poderemos ter uma reação em cadeia perigosa (explosão).FUSÃO NUCLEAR“Reação nuclear em que núcleos leves reagem para formar outro mais pesado, com grande desprendimento de energia. Na reação, parte da massa dos núcleos reagentes se transforma em energia ( equação de EinsteinèE=mc2), é por isso a massa do núcleo resultante é menor do que a soma dos reagentes. “Observações:· é a fonte e de energia das estrelas e do Sol, obviamente.· é o processo usado na bomba H.· é a fonte de energia dos TOKAMAKS (reatores de fusão nuclear inventados no Japão e usados em pesquisas universitárias).· não deixa “lixo atômico”.