resumo de conceitos da mecanica quantica
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resumo de conceitos da mecanica quantica


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de trabalho
para a Ressonância Magnética por Imagem, equipamento encontrado em hospitais.
\u2022 Mais tarde Norman F. Ramsey modificou o instrumento de Rabi para aumentar o tempo da interação com o
campo. A extrema sensibilidade devido à freqüência da radiação faz com que isso seja muito útil para manter o
tempo exato, e é ainda usada hoje em relógios atômicos.
\u2022 No início dos anos 60, Ramsey e Daniel Kleppner usaram um sistema de Stern-Gerlach para produzir um feixe de
hidrogênio polarizado como fonte da energia para o Maser de Hidrogênio, que é um dos mais populares relógios
atômicos.
\u2022 A observação direta do spin é a prova mais direta da quantização na mecânica quântica.
Experiência da dupla fenda
A experiência da dupla fenda ou experiência de Thomas Young é fundamental para a determinação da natureza
quântica da física atômica.
Quando se tenta utilizar a eletrodinâmica e a mecânica clássica para explicar os fenômenos atômicos, os resultados a
que chegamos se encontram em franca contradição com a experiência prática.
Contradição
O que se vê com mais clareza é a contradição a que se chega ao aplicar a eletrodinâmica ordinária ao modelo de
átomo em que os elétrons se movem em torno do núcleo seguindo órbitas clássicas.
Neste movimento, como em qualquer movimento acelerado das cargas, os elétrons deveriam irradiar continuamente
ondas eletromagnéticas. Ao irradiar, os elétrons perderiam sua energia o que deveria conduzir no final a sua queda
no núcleo atômico. Para tal, o átomo deveria ser obrigatoriamente instável.
Difração dos elétrons
A profunda contradição entre a teoria e a prática experimental atesta a construção de uma teoria aplicável aos
fenômenos atômicos. Os fenômenos que ocorrem com partículas de massa muito pequena e em regiões muito
pequenas do espaço, exige um caminho especial onde as leis e as idéias clássicas fundamentais devem ser
reordenadas.
O ponto de partida para esclarecer esta troca de mentalidade para a dedução das leis que regem a física atômica, foi o
fenômeno observado e chamado de difração de elétrons.
Na verdade, este fenômeno foi descoberto depois de criada a teoria da mecânica quântica.
Se fizermos passar um feixe homogêneo de elétrons através de um prisma, o que se observa é uma figura constituída
de máximos e mínimos de intensidade variável que se sucedem entre si, análoga à figura que se obtêm na difração
das ondas eletromagnéticas.
Experiência da dupla fenda 42
Ondulatória
O comportamento das partículas materiais, os elétrons, apresentam a peculiaridade comportamental dos processos
ondulatórios.
A profundidade com que este fenômeno contradiz as idéias ordinárias sobre o movimento, se revela com particular
evidência quando imaginamos o experimento que constitui uma idealização da difração eletrônica por um cristal.
Para verificarmos a validade da natureza quântica da física atômica, existe uma experiência bastante simples de ser
realizada cujos resultados foram no mínimo intrigantes quando realizados pela primeira vez.
Esta experiência é a conhecida como dupla fenda.
Dupla fenda
A experiência da dupla fenda consiste em deixar que a luz visível se difracte através de duas fendas, produzindo
bandas num écran. As bandas formadas, ou padrões de interferência, mostram regiões claras e escuras que
correspondem aos locais onde as ondas luminosas interferiram entre si construtivamente e destrutivamente.
Descrição da experiência
No caso da realização da experiência da dupla fenda com um feixe eletrônico, imaginemos uma tela opaca aos
elétrons, e nela fazemos duas pequenas fendas. Observando o passar do feixe de elétrons por uma destas fendas, com
a outra fechada, obtemos numa tela plana (ou écran) colocada atrás da fenda uma certa figura de distribuição das
intensidades; da mesma maneira obtemos outra figura semelhante à primeira abrindo a segunda fenda e fechando a
primeira.
Mas, observando a imagem que se faz dos elétrons passando pelas duas fendas abertas ao mesmo tempo,
baseando-nos nas idéias ordinárias, deveríamos observar uma figura consistente onde houvesse a simples
superposição dos feixes complementares. Ou seja, a soma natural dos dois feixes que se projetariam na tela, uma vez
que cada elétron partícula material movendo-se em sua trajetória fixa e bem delineada passa pela fenda sem exercer
influência alguma sobre os outros elétrons que passam pela outra fenda.
Resultados do experimento de fenda dupla
O fenômeno da difração eletrônica mostra
que na realidade obtemos uma figura de
difração que ocorre em virtude da
interferência e não se reduz de modo algum
à simples soma das figuras produzidas por
cada uma das fendas separadamente.
Isso pode ser explicado simplesmente se for
observado que em pontos mais distantes do
lado direito da figura as ondas provenientes
do "slit" direito chegam primeiro do que as
ondas do "slit" esquerdo ocasionando um
atraso no comprimento de onda original(que
estavam exatamente sobre postos no ponto
central entre os "slits") gerando uma destrução ou construção da luz.
Experiência da dupla fenda 43
Diferenças de fase
Está claro que é impossível fazer coincidir este resultado com a idéia de movimento dos elétrons por uma trajetória.
Pois a interferência que aparece é devido à somatória ora construtiva, ora destrutiva que indica diferenças de fase,
isto é, neste caso, se há diferença de fase, então temos a natureza ondulatória dos elétrons que devem ser encarados,
em analogia, como onda eletromagnética que se propaga pelo espaço e não como partícula material com movimento
balístico, isto é disparada..
Mecânica quântica e mecânica clássica
A experiência da dupla fenda prova inequivocamente a chamada mecânica quântica, ou ondulatória, que deve
basear-se em noções essencialmente diferentes da mecânica clássica. Pois na quântica não existe o conceito de
trajetória da partícula. Esta circunstância constitui o conteúdo do chamado princípio da incerteza, ou princípio da
indeterminação, que é um dos fundamentais da mecânica quântica e foi descoberto em 1927 por Werner Heisenberg.
Função de onda
Função de onda é uma ferramenta matemática que a física quântica usa para descrever um sistema físico qualquer.
Problemas de nomenclatura
O termo função de onda segundo a mecânica quântica tem um significado bastante diferente dependendo do
contexto, seja na física clássica, seja no eletromagnetismo clássico.
Por causa da relação concreta entre função de onda e localização de uma partícula num espaço de posições, muitos
textos sobre mecânica quântica têm um enfoque "ondulatório". Assim, embora o termo "função de onda" seja usado
como sinônimo "coloquial" para vetor de estado, não é recomendável, já que não só existem sistemas que não podem
ser representados por funções de onda, mas também que o termo função de onda leva a imaginar erroneamente que
há algum meio que ondula no sentido mecânico.
Na química, especialmente, um dos objetivos da função de onda de elétrons é descrever os chamados orbitais
eletrônicos; com isso, aumenta ainda mais a confusão de termos que se referem a um mesmo conceito.
Definição
O uso moderno do termo função de onda é para qualquer vetor ou função que descreva o estado de um sistema
físico pela expansão em termos de outros estados do mesmo sistema. Normalmente, uma função de onda é:
\u2022 um vetor complexo com finitos componentes:
,
\u2022 um vetor complexo com infinitos componentes:
,
\u2022 ou uma função complexa de uma ou mais variáveis,
.
Função de onda 44
Em todos os casos, a função de onda provê uma descrição completa do sistema físico ao qual está associado. Porém,
deve-se frisar que uma função de onda não é unicamente determinada pelo sistema ao qual está associada, já que
muitas funções de onda diferentes podem descrever o mesmo cenário físico.
Interpretação