aula07

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Modelos atômicos
Radioatividade natural
Experimento de Rutherford
Modelo atômico de Rutherford
Radiação de corpo negro
Efeito foto-elétrico
Dualidade onda-partícula para luz
 
Radiatividade Natural
Berquerel observou que certos materiais 
produziam uma radiatividade natural.
 
Transmutação dos materiais
Madame Curier observou que a radiação era 
resultado da transmutação dos átomos de 
determinados materiais.
 
Radiatividade natural
 Essa radiatividade foi classificada em três tipos:
 Raio alfa
 Raio beta
 Raio gama
 
Radiatividade Natural
Ao colocar essas radiações perto de um campo 
magnético ou elétrico observamos:
 
Radiatividade Natural
Dessa forma concluimos que:
 
Experimento de Rutherford
Rutherford direcionou raios alfas para uma folha 
de ouro. Um fração enorme dessas partículas 
carregadas atravessavam a folha. Porém 
alguma delas refletiam por um ângulo enorme.
 
Experimento de Rutherford
Rutherford concluiu que deflecções tão grandes 
do raio alfa não poderia ser feito caso os 
átomos tivesses a estrutura de Thomson. Para 
que haja essas deflecções ele propôs um 
modelos planetário do átomos.
 
Modelo de Rutherford
No modelo de Rutherford o átomo é composto de 
um núcleo muito pequeno carregado 
positivamente que contém quase toda a massa 
do átomo, orbitado pelos elétrons de carga 
negativa.
 
Problemas do modelo
O modelo de Rutherford apresentava um problema de 
estabilidade das órbitas. Caso as ideias sobre o átomo 
de Rutherford fossem colocadas à prova pela teoria 
eletromagnética clássica, o elétron orbitaria em uma 
espiral pois as cada volta que ele desse em torno do 
núcleo, ele perderia energia em forma de radiação. 
Porém, não é observado a radiação, muito menos o 
colapso após essa dança em torno do núcleo.
 
Proposta de Bohr
Bohr propõe uma ideia revolucionária para 
entender a estabilidade das órbitas no modelo 
de Rutherford e essa será apresentada na 
próxima aula. Assim, antes de adentrar no 
modelo de Bohr, devemos estudar três 
fenômenos que colocaram a ciência a prova e 
somente gênios puderam dar uma 
interpretação do que estava acontecendo 
mudando o conceito de luz que era 
compreendido até então. 
 
Natureza da luz
Isaac Newton, no século XVII reconhecia que a 
luz era uma onda diante dos experimentos de 
interferência que podem ser feitos com ela, 
porém ele não descartava a hipótese de ser uma 
partícula pois ela propaga em linha reta.
 
Luz como onda eletromagnética
Outros pesquisadores:
Huygens, Fresnel e Young observaram que a luz 
tem propriedade de onda
Maxwell e Hertz determinaram que a luz é uma 
onda eletromagnética produzida pela oscilação 
de uma carga 
 
Luz como onda eletromagnética
 A onda mais simples 
tem um perfil de uma 
onda senoidal
 A luz pode ter como 
perfil a magnetude do 
campo elétrico no 
espaço. A propagação é 
perpendicular a direção 
do campo
 
Luz como onda eletromagnética
A onda eletromagnética apresenta as 
propriedades de:
 Interferência
 Refração 
 Difração
 
Luz como onda eletromagnética
Ao encontrar 
uma fenda 
ocorre regiões 
onde há 
interferência 
construtiva e 
destrutiva 
 
Luz como onda eletromagnética
Ao encontrar uma fenda dupla há um padrão de 
interferência no anteparo. Demonstrando a 
característica ondulatória da luz
 
Luz produzida por um sólido 
aquecido
Ao aquecer um sólido, 
seus átomos começam 
a vibrar como fossem 
um oscilador 
harmônico.
Cargas em movimento 
acelerado emitem e 
absorvem radiação.
 
Distribuição da energia irradiada
Distribuição de 
energia radiada em 
função do 
comprimento de 
onda.
 
Conflito entre teoria e experimento
Os resultados 
baseados na 
teoria clássica 
não pode 
explicar, há a 
chamada 
divergência no 
ultra-violeta. 
 
A sacada de Planck
Planck descobriu que a teoria 
satisfatória poderia ser 
formulada se assumirmos que 
um corpo quente não pode 
emitir ou absorver luz de um 
dado comprimento de onda 
numa quantidade 
arbitrariamente pequena, mas 
deve emitir ou absorver uma 
certa quantidade de energia 
luminosa daquele comprimento. 
 
Um quanta de luz: fóton
A quantidade de energia, ou o quanta de luz, ou o 
fóton é de:
E=hf
h=6,62×10−34 J.s
 
Outro fenômeno estranho
Quando iluminamos 
uma superfície de um 
metal com uma radiação 
de comprimento de onda 
suficientemente 
pequeno, a luz faz com 
que elétrons sejam 
emitidos pelo metal.
A esse fenômeno 
chamamos de Efeito 
Foto-elétrico.
 
Proposta de medir a energia
Hertz em 1887 foi o primeiro 
a observar o fenômeno 
incidindo luz ultravioleta num 
dos dois eletrodos de metal 
submetidos a baixa tensão. 
Ele observou uma corrente 
entre os eletrodos ao 
iluminar um deles.
 
As medidas e o comportamento 
estranho
Com o aprimoramento 
das tomadas de dados, 
notou-se a existência de 
um comprimento de onda 
limite que varia para cada 
metal na qual acima não 
é detectado o fenômeno. 
 
A sacada de Einstein
Einstein formulou o fenômeno como a colisão 
inelástica de algo com energia hf , que ele 
chamou de fóton. 
 
Relação entre a energia do elétron 
e a frequência da luz incidida
Dado a conservação de energia, 
vemos que: 
 
Comparação com os resultados 
experimentais
Como no eletrodo:
 
A luz é uma partícula
Baseado no efeito 
fotoelétrico, em 1916 
Einstein ampliou o conceito 
de quantum de luz ao 
propor que o fóton possui 
momento linear. 
 
Efeito Compton
Em 1923, Compton 
executou um experimento 
que confirmou a previsão 
de que os fótons possuem 
energia e momento.
Ele incidiu um feixe de raios 
X com um comprimento de 
onda em um alvo de 
carbono e mediu o 
espalhamento do raio X em 
diversas direções. 
 
Efeito Compton
Classicamente os resultados não batem.
 
Efeito Compton
Explicação ao fenômeno
 
Onda-partícula: Luz
Conclusão:
 a luz ondas apresenta propriedades de onda 
eletromagnética 
 a luz apresenta propriedades de partículas de 
massa nula conhecidas como fótons
Luz=onda=partícula
Depende do experimento
 
Onda-partícula: luz
Do ponto de vista 
da luz como feixe 
de partícula, no 
experimento de 
fenda dupla, 
devemos interpretá-
lo como sendo a 
probabilidade do 
fóton atingir o 
anteparo.
 
Onda-partícula: luz
O comportamento é dual
 
Onda-partícula: luz
A trajetória do fóton é indeterminada, a menos 
que colocamos um detetor
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