Aula 05-23.2-Introdução à Pesquisa em Física, Parte 1- Física Moderna: radiação do corpo negro , ministrada pelo professsor Rafael

II Semana de Física foi encerrada na quinta, 19 de dezembro, na UFCG

Professor Aércio ministrou um minicurso sobre Introdução à Informação Quântica.

Evento foi uma realização do Centro Acadêmico do curso.

 

Foi encerrada na quinta-feira dia 19-11-2013,  a II Semana de Física da Universidade Federal de Campina Grande (UFCG). O evento - uma realização do Centro Acadêmico do curso – objetiva aproximar os alunos, professores e pesquisadores, disseminando saberes e trazendo novidades para o mundo da Física.

 

Durante os dois dias do evento foram realizadas palestras sobre o Estudo da Radiação de Corpo Negro por Planck, Einstein e Heisenberg, Uma proposta para o Ensino de Física na UFCG, Os espantalhos da Mecânica Quântica, Técnica algébrica de Wigner-Heisenberg em Mecânica Quântica, Perspectivas da Física experimental na Unidade Acadêmica de Física, entre outros.

 

Também foram realizados minicursos sobre Geometria diferencial e algumas aplicações ao gás de elétrons bidimensional, O uso da plataforma Arduino na pesquisa e ensino de Física, Pesquisa em Ensino de Física: como analisar artigos na área e Introdução à Informação Quântica.

 Programação completa em
http://rafaelrag.blogspot.com.br/2013/11/ii-semana-da-fisica-2013-da-ufcg.html

 

https://rafaelrag.blogspot.com/2013/12/ii-semana-de-fisica-foi-encerrada-na.html

Os resultados apresentados na seção anterior contradiziam a teoria clássica do eletromagnetismo, e desafiaram a inteligência humana durante 18 anos. Em 1905, Einstein usou uma proposta apresentada por Planck em 1900, e conseguiu explicar o efeito fotoelétrico. O trabalho de Planck referia-se à radiação de corpo negro, e sua proposta deu início ao que hoje conhecemos como teoria quântica. Não temos tempo para tratar este assunto detalhadamente, mas é interessante, pelo menos, discutirmos os fundamentos dessa proposta de Planck.

Um fato importante dessa história ocorreu por volta de 1800, quando o astrônomo inglês Sir William Herschel estava observando a decomposição da luz branca ao atravessar um prisma.

Herschel conseguiu medir a temperatura correspondente a cada cor do espectro, e descobriu que o efeito térmico aumentava à medida que o termômetro se aproximava do vermelho. Mais importante ainda, ele observou que a efeito continuava a aumentar mesmo depois do vermelho, na parte escura do espectro. Hoje sabemos que essa é a região do infravermelho, e que todos os corpos irradiam no infravermelho.

Esses estudos continuaram e desembocaram naquilo que na segunda metade do século XIX passou a ser conhecida como radiação de corpo negro. Essencialmente, é o seguinte: qualquer corpo em determinada temperatura, irradia energia, que depende dessa temperatura. E como Herschel já havia descoberto, cada temperatura está associada a uma freqüência, isto é, a uma determinada cor. Veja a figura abaixo, que representa a distribuição espectral da radiação de um corpo negro a uma temperatura da ordem de 9.000 K.

A parte colorida corresponde ao espectro visível. No final do século XIX, várias tentativas foram feitas para explicar essa curva. Todas essas tentativas baseavam-se nas teorias clássicas da termodinâmica. Stefan e Boltzmann mostraram que a emissão de energia cresce com a temperatura. Isto é,

I ∝ T⁴.

Atualmente este resultado é conhecido como lei de Stefan-Boltzmann. Wien mostrou que o máximo da curva espectral desloca-se com a temperatura, conforme ilustra a figura abaixo.

Quando a temperatura cresce, o máximo desloca-se no sentido de números de onda maiores, isto é, no sentido de menores comprimentos de onda.

Rayleigh e Jeans partiram da idéia de que a energia irradiada vem da oscilação do campo eletromagnético, e mostraram que

I a Tƛ^-4
Com ƛ o comprimento de onda. Usando os dados experimenais eles encontaram

A lei de Rayleigh-Jeans, ajustava a curva na faixa dos altos comprimentos de onda, mas divergia na faixa de baixos comprimentos. Ela passou a ser conhecida como a catástrofe do ultravioleta. A figura abaixo ilustra esta situação.

Em 1900, Max Planck fez uma proposta que ele considerou desesperadora, mas que revelou-se revolucionária. Ele mostrou que a lei de Rayleigh-Jeans não ajustava a curva espectral em toda a faixa de comprimentos de onda, porque Rayleigh e Jeans admitiam que os osciladores irradiavam qualquer quantidade de energia. Planck impôs uma restrição, isto é, os osciladores só podiam emitir energia em determinadas quantidades. Mais precisamente, em quantidades inteiras de hf, onde h passou a ser chamada de constante de Planck, e f é a freqüência da radiação emitida. Esta suposição é hoje conhecida como quantização da energia. Em notação moderna,

E=nhf, n é um número inteiro.

A partir dessa ideia, ele obteve uma expressão que ajustou completamente a curva espectral da radiação de corpo negro.

Note que a lei de Planck está de acordo com a lei de Rayleigh-Jeans para altos comprimentos de onda.

Max Karl Ernst Ludwig Planck (Quiel, — Gotinga, ) foi um físico alemão. É considerado o pai da física quântica e um dos físicos mais importantes do século XX. Planck foi laureado com o Nobel de Física de 1918, por suas contribuições na área da física quântica. wikipedia.orgNascimento: 23 de abril de 1858, Kiel, Alemanha

Falecimento: 4 de outubro de 1947, Göttingen

Cônjuge: Marga von Hösslin(c. 1911-1947), Marie Merck(c. 1887-1909

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