Aula 58 - Natureza Dual da Luz

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Lição 58
A Natureza 
Dual da Luz
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O que era a luz
Aristóteles (300 ac)
Dentro dos olhos uma tênue chama
Alhazen ( Século XI)
Reflexão em superfície
Kepler (Século XVII)
Velocidade infinita
Descartes (Século XVII)
Velocidade finita da luz
Existência do plenum
Partícula x Onda 
Isaac 
Newton
Christians
Huygens
Robert
Hooke
A Luz
Teoria Corpuscular da Luz
Isaac Newton em 1704 propôs a primeira teoria científica sobre a natureza da luz.
A Luz
As fontes luminosas emitiam minúsculos corpúsculos com altíssimas velocidades.
Cada cor era formada por diferentes tipos de corpúsculos.
Explicações para o Modelo Corpuscular
A) Propagação retilínea da luz.
A alta velocidade dos
corpúsculos minimiza a
ação da força gravitacional.
O modelo de partículas justifica a formação de sombra e penumbra.
Explicações para o Modelo Corpuscular
B) Independência dos raios luminosos.
Sendo as partículas extremamente pequenas o número de choques seria
reduzido, havendo muito espaço para o movimento livre.
Explicações para o Modelo Corpuscular
C) Reflexão da luz.
O ângulo de incidência em relação à reta normal é igual ao ângulo de
reflexão.
Explicações para o Modelo Corpuscular
D) Intensidade luminosa.
A fonte mais intensa emite maior
quantidade de partículas.
Com o afastamento da fonte as
partículas são diluídas na área.
Explicações para o Modelo Corpuscular
E) Absorção e aquecimento.
Conversão da energia cinética dos corpúsculos em energia térmica em função das
colisões com as superfícies.
Explicações para o Modelo Corpuscular
F) Pressão da luz.
O impacto dos corpúsculos com a superfície exercem forças que justificam a
pressão da luz.
Melhor evidência da Natureza
corpuscular da luz.
Dificuldades do Modelo Corpuscular
1) Refração da luz.
Newton acreditava que o aumento da velocidade dos corpúsculos, os faziam se
aproximar da reta normal.
Dificuldades do Modelo Corpuscular
2) Polarização da luz.
Segundo Newton as partículas de luz tinham “lados” e somente partículas
alinhadas com o filtro ficariam orientadas.
Dificuldades do Modelo Corpuscular
3) Difração da luz.
Ao iluminar a lâmina, pela propriedade da propagação retilínea dos corpúsculos, a
imagem formada da fenda deveria ser nítida, clara e sem franjas.
Lâmina de barbear 
iluminada por laser.
Dificuldades do Modelo Corpuscular
4) Interferência da luz.
Pela propriedade da propagação retilínea dos corpúsculos, a imagem das franjas
seria impossível de ser obtida.
O Modelo de Ondas
Devido a dificuldade de explicar certos fenômenos, Robert Hooke e Cristhian Huygens
defendiam a Teoria Ondulatória da luz.
Teoria Ondulatória da Luz
Apesar de explicar a refração e a reflexão, ela não era aceita porque a teoria
corpuscular tinha mais força na época.
O Modelo de Ondas
No início do século XIX Thomas Young obteve experimentalmente a interferência,
que só poderia ser explicada pela teoria de ondas.
Interferência de Ondas
Na época o fenômeno só
era conhecido em ondas
do mar, ondas sonoras e
outros tipos de ondas.
O Modelo de Ondas
No final do século XIX Maxwell apresenta a teoria de que a luz era uma onda
eletromagnética, confirmada apenas mais tarde.
A Onda Eletromagnética
O Modelo de Ondas
O fenômeno da polarização confirma o caráter ondulatório da luz e também, que a
luz era uma onda transversal.
Teoria Ondulatória da Luz
Pressão Luminosa
Dificuldades do Modelo Ondulatório
Efeito Fotoelétrico
Dificuldades do Modelo Ondulatório
O Efeito Fotoelétrico
Em 1887 Heinrich Hertz descobre por acaso o Efeito Fotoelétrico.
A incidência de luz ultravioleta num metal arranca elétrons desse metal.
Mas com a cor vermelha
isso não ocorre!!!
Dificuldades do Modelo Ondulatório
A Catástrofe do Ultravioleta 
Pela teoria clássica, a intensidade de energia emitida na faixa do ultravioleta seria
infinita.
Violação da lei de Conservação da Energia
Uma Solução Improvável
Em consequência de suas pesquisas em radiações eletromagnéticas, descobriu
uma nova constante da Física .
(1858 – 1947)
Max Planck
Ganhou o Prêmio Nobel de Física em 1918, sendo considerado o pai da Física
Quântica.
Dificuldades do Modelo Ondulatório
A Catástrofe do Ultravioleta 
A energia é irradiada em quantidades múltiplas de um valor fundamental.
Dificuldades do Modelo Ondulatório
O Quantum
Planck considerou que a emissão de energia pelos corpos irradiantes não era
contínua, mas sim composta de pequenas "unidades" chamadas Quantum...
A Equação de Planck
As pequenas "unidades" chamadas Quantum, são calculadas por
𝐸 = ℎ𝑓
𝐸: 𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎 [𝐽]
𝑓: 𝑓𝑟𝑒𝑞𝑢ê𝑛𝑐𝑖𝑎 [𝐻𝑧]
ℎ: 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑃𝑙𝑎𝑛𝑘 𝒉 = 𝟔, 𝟔𝟑 ∙ 𝟏𝟎−𝟑𝟒𝑱 ∙ 𝒔
Dificuldades do Modelo Ondulatório
O Efeito Fotoelétrico
No início do século XX estudando o efeito fotoelétrico Einstein declara que a
energia luminosa é quantizada, sendo que cada quantum (fóton) se comporta
como uma partícula.
Dificuldades do Modelo Ondulatório
O Efeito Fotoelétrico
Einstein sugeriu que um raio de luz seria como uma rajada de balas em que as
“partículas mínimas de luz” (fótons) ao se chocarem com os elétrons do metal
faziam-nos saltar.
Dualidade Onda-Partícula
ONDA PARTÍCULA
Dualidade Onda-Partícula
(Louis De Broglie)
Dualidade Onda-Partícula
(Davisson e Germer – 1927)
Dualidade Onda-Partícula
Dualidade Onda-Partícula
Em 1920 Louis De Broglie cria a Mecânica Ondulatória (dualismo onda-
partícula).
Minúsculas partículas de energia (fótons) são as constituintes da luz com
movimento oscilatório.
(1892 – 1987)
Partículas de matéria (elétrons)
possuem propriedades ondulatórias.
Comprimento de Onda de De Broglie
𝜆 =
ℎ
𝑚𝑣
Comprimento de onda da matéria
𝜆: 𝑐𝑜𝑚𝑝𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑜𝑛𝑑𝑎 [𝑚]
𝑚:𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 [𝑘𝑔]
𝑣: 𝑣𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒[𝑚/𝑠]
ℎ: 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑃𝑙𝑎𝑛𝑘 𝒉 = 𝟔, 𝟔𝟑 ∙ 𝟏𝟎−𝟑𝟒𝑱 ∙ 𝒔