Tópicos De Mecânica Quântica - Resumo

Colégio Estadual Deputado Pedro Fernandes

Tópicos de Mecânica quântica

Nome: Thayná Arielly G. da Silva N°: 37

Serie : 3° ano Turma : 3003 – Manhã Professor : Pedro Materia : Física.

Radiação de Corpo Negro

Corpo negro é aquele que absorve toda a radiação eletromagnética que nele incide, ou seja, nenhuma onda o atravessa (somente em casos específicos) nem é refletida. Tal corpo, a princípio, não pode ser visto, advindo desse o nome corpo negro. Apesar disso, corpos negros emitem radiação, o que permite determinar sua temperatura. Em equilíbrio termodinâmico (em temperatura constante), um corpo negro ideal irradia energia na mesma taxa que a absorve , sendo essa uma das propriedades que o tornam uma fonte ideal de radiação térmica (chamada de radiação de corpo negro) . Corpos negros não existem na natureza, visto que nenhum objeto tem absorção e emissão perfeitas. A emissividade de um corpo é definida pela relação entre sua radiância e a do corpo negro.

Mecanismo de geração e características da Radiação Térmica

A radiação térmica é gerada pelo movimento de partículas carregadas na matéria. Toda substância com temperatura maior do que 0 K (zero Kelvin; Zero absoluto) emite radiação térmica. Átomos e moléculas que compõem a matéria possuem energia cinética que varia, e essas mudanças de energia acabam resultando em aceleração das partículas e oscilações das cargas que compõem os átomos. Essa movimentação das cargas na matéria gera a radiação eletromagnética, ou seja, a energia cinética de átomos e moléculas converte-se em energia térmica e resulta na radiação eletromagnética térmica. As características da radiação térmica dependem de várias propriedades da superfície irradiante, incluindo temperatura, capacidade de absorção espectral e poder de emissividade espectral. A radiação não é monocromática, ou seja, não consiste em uma única frequência de comprimento de onda, mas sim na dispersão contínua de energia das partículas. Absorção, refletividade e emissividade dependem do comprimento de onda da radiação, e a temperatura determina a distribuição dos comprimentos de onda emitidos.

Propriedades

Há quatro propriedades gerais que caracterizam a irradiação térmica:

1° - A radiação térmica emitida por um corpo negro em qualquer temperatura possui vários comprimentos de onda e frequências. A distribuição da frequência é dada pela Lei de Planck para um emissor ideal. 2° - O intervalo dominante de frequências aumenta proporcionalmente com a temperatura, conforme a Lei de Wien. 3° - A quantidade total de radiação, em todas frequências, aumenta de acordo com a temperatura elevada à sua quarta potência, conforme a Lei de Stefan-Boltzmann. 4°- A taxa de radiação eletromagnética emitida em determinada frequência é proporcional ao total absorvido pelo corpo à mesma frequência. Assim, uma superfície que absorve mais a luz vermelha irradia termicamente mais a luz vermelha. Este princípio é aplicado a todas as demais propriedades de onda, inclusive comprimento de onda (cor), direção, polarização e coerência. Portanto, é possível ter irradiação térmica direcional, polarizada e coerente, Embora isso, na natureza, seja muito raro longe de sua fonte.

A Natureza Dual da Luz

A luz possui comportamento dual: ora se comporta como onda, ora se comporta como partícula. Algumas teorias foram apresentadas no mundo científico tentando explicar o comportamento da luz; dentre elas a do físico inglês Isaac Newton, que em sua proposta considerava a luz como um feixe de partículas (modelo corpuscular); essa teoria tornou-se restrita por não conseguir explicar alguns fenômenos. James Clerk Maxell , apresentou uma teoria detalhada da luz como um efeito eletromagnético (modelo ondulatório), explicando uma gama de fenômenos, contudo, esse modelo tornou-se parcial em algumas circunstâncias, como no efeito fotoelétrico, por não conseguir explicar a emissão instantânea de elétrons de uma placa de metal em razão da interação de ondas eltromagnéticas com a mesma (a emissão deveria ocorrer após um determinado intervalo de tempo, segundo as previsões). Albert Einstein , explicou o efeito fotoelétrico teorizando que as ondas eletromagnéticas (modelo ondulatório) que interagiam com a placa de metal só fariam com que os elétrons fossem ejetados instantâneamente se elas se comportassem como partículas (modelo corpuscular).

Essa intercalação de ideias entre ondas e partículas com relação à luz é aceita na comunidade científica como a Natureza Dual da Luz; pois em determinados fenômenos (interferência, refração, difração...) a teoria eletromagnética consegue explicar e a teoria corpuscular está associada aos fenômenos de absorção e emissão de energia.

No ano de 1924, o físico francês Louis De Broglie ,utilizando da ideia de que na natureza existe simetria, trabalhou a hipótese da partícula se comportar como onda, através da expressão matemática ,ele relacionou o comprimento de onda de uma partícula à quantidade de movimento da mesma.

As aplicações das três últimas teorias citadas podem ser vistas respectivamente em: estudo de microestruturas através da difração da luz (comportamento ondulatório), as portas automáticas de shoppings centers têm seu princípio de funcionamento baseado no efeito fotoelétrico (modelo corpuscular) e o microscópio eletrônico que utiliza feixe de elétrons e não a luz (partícula-onda).

Microscópio eletrônico