MECÂNICA QUÂNTICA

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MECÂNICA QUÂNTICA
Prof. YANA BATISTA BRANDÃO
Da Física Clássica à Teoria Quântica
A nova era da física começou em 1900, com um jovem FÍSICO ALEMÃO chamado MAX PLANCK;
PLANCK descobriu que os átomos e as moléculas emitiam energia apenas em determinadas quantidades discretas, ou quanta;
Os físicos sempre haviam considerado que a energia era contínua, o que implicava que qualquer quantidade de energia podia ser liberada em um processo envolvendo radiação.
Onda= uma perturbação vibracional com transmissão de energia;
Comprimento de Onda λ= a distância entre pontos idênticos em ondas sucessivas;
Frequência= O número de ondas que passam por um determinado ponto a cada segundo;
Amplitude= É a distância vertical entre o ponto médio e a crista ou a depressão da onda;
Da Física Clássica à Teoria Quântica
Da Física Clássica à Teoria Quântica
Uma propriedade importante de um onda em propagação no espaço é a sua velocidade (u):
u = λ.f
● O comprimento de onda é geralmente expresso em metros, centímetros ou nanômetros;
● A frequência é medida em hertz (Hz);
1 Hz = 1 ciclo/s
Da Física Clássica à Teoria Quântica
Radiação: PROPAGAÇÃO DE ENERGIA
 como energia cinética de partículas ou
 como energia eletromagnética E = hf 
h : Constante de Planck
f : freqüência 
Núcleo Instável Decaindo em Alfa ou Beta
Beta
Alfa
Gama
ou núcleo excitado emitindo Gama
Meia-vida de diferentes radioisótopos
Partícula Alfa
(Núcleo de Hélio)
Partícula Alfa
Nuclídeo Pai
U-235
Nuclídeo Filho
Th-231
42a ++ 
Radiação de Partícula Beta
00n
0-1b-
Nuclídeo Pai
Potássio-40
Nuclídeo Filho
Cálcio-40
Partícula Beta
Antineutrino
Radiação Gama
Gamma Rays
Nuclídeo Pai
Cobalto-60
Nuclídeo filho
Ni-60
 
Partícula Beta -
Reações Nucleares
PRODUÇÃO DE RAIOS-X
+
-
eletrons
Produção de Raios X 
Bremsstrahlung
Elétron
Raio-X
Núcleo Alvo
Tungstênio
Catodo
(-)
Anodo (+)
Raio X
Radiação de origem não nuclear
PRODUÇÃO DE RAIOS-X
 por freiamento (ou Bremstrahlung )
Elétron desviado
Radiação de freiamento (raio-X)
Elétron incidente acelerado
Núcleo atômico
Comparação entre trajetórias de partículas alfa e de partículas beta lentas
Partículas alfa
Partículas beta
Partículas carregadas
As interações são feitas por encontros fortuitos dos fótons com átomos;
A energia do fóton diminui se ocorre espalhamento,;
Sempre existe a probabilidade de que fótons atravessem grandes espessuras de material sem interagir
Ondas eletromagnéticas
Radiação Eletromagnética
Em 1873, James Clerk Maxwell sugeriu que a luz visível era constituída por ondas eletromagnéticas;
Ambos possuem o mesmo λ e a mesma f, e por isso a mesma velocidade, mas propagam-se em planos perpendiculares entre si;
● É a emissão e transmissão de energia na forma de ONDAS ELETROMAGNÉTICAS;
● Propagam-se a uma velocidade de 3,00 x 108 metros por segundo no vácuo; 
● Essa velocidade muda de um meio para outro, porém as variações não são significativas;
Radiação Eletromagnética
Radiação Eletromagnética
Tipos de Radiação Eletromagnética
Ondas eletromagnéticas
Tipos de Radiação
Quanto ao efeito:
Ionizante (direta ou indiretamente) 
Não Ionizante (infravermelho, luz, micro-ondas)
Quanto a forma:
Ondulatória (luz, raios X, raios gama)
Corpuscular (partículas alfa, beta)
Quanto a Origem:
Nuclear (raios gama)
Não nuclear (raios X)
Poder de penetração das radiações
Partículas alfa
Partículas beta
Raios-X, raios gama
O PODER DE PENETRAÇÃO DAS PARTÍCULAS
ALFA
BETA
GAMA
1 m de concreto
 Ionização: Ocorre quando o átomo recebe energia suficiente para arrancar elétrons de suas camadas eletrônicas.
Energia
Elétron ejetado
Ionização: A remoção de elétrons de um átomo.
Uma característica essencial das radiações de alta energia quando interagem com a matéria.
 Radiação Ionizante
 Energia em trânsito, como partícula ou onda eletromagnética
 Diretamente Ionizante
 Partículas Carregadas 
 Alfa
 Beta
 Indiretamente Ionizante
 Radiação eletromagnética (fótons)
 Raios X
 Raios Gama
 Neutrons
Radiações de Origem Nuclear
Originadas
 do processo natural de desintegração radioativa
 
 - ou advindas de reações nucleares. 
TRANSFERÊNCIA DE ENERGIA DA RADIAÇÃO PARA OS ÁTOMOS DO MEIO
Ex. 1: O comprimento de onda da luz verde dos semáforos está centrado em 522 nm. Qual é a frequência dessa radiação?
Ex.2: Qual é o comprimento de onda (em metros) de uma onda eletromagnética cuja frequência é 3,64 x 107 Hz? 
Radiação Eletromagnética
TEORIA DE PLANCK
Quando sólidos são aquecidos, emitem radiação eletromagnética em ampla gama de comprimento de onda;
O brilho opaco e vermelho de um aquecedor elétrico e a luz branca e brilhante de uma lâmpada de tungstênio são exemplos de radiação emitida por sólidos aquecidos;
 As medidas realizadas no final do século XIX mostraram que a quantidade de energia da radiação emitida por um objeto, a determinada T, depende do λ;
Quantum = à menor quantidade de energia que pode ser emitida (ou absorvida) na forma de radiação eletromagnética; 
TEORIA DE PLANCK
A Física Clássica considera que átomos e moléculas podiam emitir (ou absorver) qualquer quantidade de energia radiante;
Planck sugeriu que os átomos e moléculas podiam emitir (ou absorver) energia apenas em quantidades discretas (pacotes bem definidos);
TEORIA DE PLANCK
A Energia E de um único quantum de energia é dada por:
E = hf
h = constante de Planck;
f = frequência da radiação;
h = 6,63 x 10-34 J.s 
TEORIA DE PLANCK
De acordo com a teoria quântica, a energia é emitida sempre em múltiplos de hf,..., 2hf, 3 hf,..., mas nunca 1,67 hf ou 4,98 hf;
Planck não podia explicar por que as energias deviam ter valores fixos ou quantizados dessa maneira;
TEORIA DE PLANCK
EFEITO FOTOELÉTRICO
É a emissão de elétrons por um material, geralmente metálico, quando exposto a uma radiação eletromagnética (como a luz) de frequência suficientemente alta, que depende do material;
Observado pela primeira vez por A. E. Becquerel em 1839 e confirmado por Heinrich Hertz em 1887, o fenômeno é também conhecido por "efeito Hertz", não sendo porém este termo de uso comum.
Em 1905, o físico Albert Einstein, apresentou a sua teoria quântica, o efeito fotoelétrico;
Sugeriu que um feixe de luz é, um feixe de partículas de luz (fótons);
Einstein deduziu que cada fóton deve possuir uma energia E, dada por:
E = hf
EFEITO FOTOELÉTRICO
Fótons: Radiação eletromagnética (Indiretamente Ionizante)
-
Elétrons secundários
+
Íons positivos
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
EFEITO FOTOELÉTRICO
Ex. 3: Calcule a energia (em Joules) de a) um fóton de comprimento de onda 5,00 x 104 nm (região do infravermelho) e b) um fóton de comprimento de onda 5,00 x 10-2 nm (região dos raios-X).
Ex.4: A energia de um fóton é 5,87 x 10-20 J. Qual é o seu comprimento de onda (em nanômetros)?
EFEITO FOTOELÉTRICO
TEORIA DE BOHR DO ÁTOMO DE HIDROGÊNIO
Em 1913, o físico Dinamarquês Niels Bohr (1885 - 1962) sugeriu uma explicação para o espectro do átomo de hidrogénio servindo-se do modelo criado por Rutherford. 
Nesse modelo, os elétrons carregados negativamente, circulavam em torno do núcleo com carga positiva, à custa das forças eletrostáticas de atração, de acordo com a Lei de Coulomb.
ESPECTROS DE EMISSÃO
Espectros de Emissão = são espectros contínuos ou espectros de linhas da radiação emitida pelas substâncias;
 Espectros de emissão dos átomos em fase gasosa não apresentam uma gama contínua de comprimentos de onda do vermelho ao violeta; 
TEORIA DE BOHR DO ÁTOMO DE HIDROGÊNIO
RH é a constante de Rydberg;
RH = 2,18 x 10-8 J;
n = número quântico principal;
TEORIA DE BOHR DO ÁTOMO DE HIDROGÊNIO
Ex. 5: Qual é comprimento de onda de um fóton (em nanômetros) emitido durante uma transição do estado ni=5 para o estado nf=2 no átomo de hidrogênio?
TEORIA DE BOHR DO ÁTOMO DE HIDROGÊNIO
TEORIA DE BOHR DO ÁTOMO DE HIDROGÊNIO
Espectro de emissão 
- É obtido por meio de uma descarga elétrica num tubo preenchido com algum gás atômico a elevadas temperaturas e baixas pressões. 
Espectro de emissão