Física moderna

Física moderna

1. Radiação de corpo negro

   • Corpo negro é um corpo ideal que absorve toda a radiação térmica incidente. É, portanto, um absorvedor perfeito, uma vez que seu poder de absorção é igual a 1.
     • Ainda que seja uma idealização, há diversas formas de obtermos corpos com comportamentos semelhantes ao de um corpo negro. Por exemplo, podemos revestir um corpo qualquer com uma camada irregular de pigmentos pretos.
   • Como, emissividade e absorvidade são iguais, de acordo com a lei de Kirchhoff, um corpo negro também terá emissividade igual a 1. Desse modo, além de um absorvedor ideal, um corpo negro é também um emissor ideal.
   • A lei de Stefan-Boltzmann para um corpo negro passa a ser:
     • Qualquer corpo negro, na mesma temperatura, emite radiação térmica com a mesma intensidade total. Cada radiação de determinado comprimento de onda, na mesma temperatura, também é emitida com a mesma intensidade por todos os corpos negros, não importando o material de que sejam feitos.
     • O gráfico abaixo apresenta a intensidade da radiação emitida por um corpo negro em função do comprimento de onda em determinada temperatura.
       • Analisando o gráfico acima, é importante notar que: a radiação térmica emitida é composta por inúmeras radiações, distribuídas em uma faixa contínua de comprimentos de onda; há uma radiação, de certo comprimento de onda, que é emitida com máxima intensidade.

2. Efeito Fotoelétrico

   • O efeito fotoelétrico ocorre quando há emissões de elétron num determinado material. Geralmente, esse efeito é produzido em materiais metálicos os quais são expostos a uma radiação eletromagnética, como a luz.
     • Quando isso acontece, essa radiação arranca os elétrons da superfície. Dessa maneira, as ondas eletromagnéticas envolvidas com esse fenômeno transferem energia aos elétrons.
   • O que são Fótons?
     • Os fótons são minúsculas partículas elementares que possuem energia e são mediadoras do efeito fotoelétrico. A energia do fóton é calculada pela seguinte fórmula:
       • E = h.f
         • E: energia do fóton
         • h: constante de proporcionalidade (Constante de Planck: 6,63 . 10-34 J.s)
         • f: frequência do fóton
       • No Sistema Internacional (SI), a energia do fóton é calculada em Joule (J) e a frequência em Hertz (Hz).
   • Aplicações
     • Nas células fotoelétricas (fotocélulas), a energia luminosa se transforma em corrente elétrica. Diversos objetos e sistemas utilizam o efeito fotoelétrico, por exemplo:
       • As televisões (de LCD e plasma); os painéis solares; as reconstituições de sons nas películas de um cinematógrafo; as iluminações urbanas; os sistemas de alarmes; as portas automáticas; os aparelhos de controle (contagem) dos metrôs
   • Efeito Compton
     • Relacionado com o efeito fotoelétrico está o efeito de Compton. Ele ocorre no momento que há diminuição de energia de um fóton (de raios X ou de raio gama) quando este interage com a matéria. Esse efeito provoca um aumento do comprimento da onda.

3. Quantização de energia

   • A quantização da energia surgiu na tentativa de Max Planck explicar a radiação emitida por um corpo negro.
     • Podemos destacar que a energia emitida é proporcional a frequência da radiação e, esta energia, varia de acordo com valores discretos ou descontínuos, isto é, múltiplos inteiros de um valor mínimo, o quantum de energia.
     • Daí, vem a idéia de "quantum" ou pacote discreto de energia.
       • A equação abaixo representa a quantização de energia proposta por Max Planck.
   • Em 1913, o físico Nils Bohr (1885-1965) introduziu a idéia de quantização em seu modelo atômico corrigindo o modelo planetário de Rutherford. No átomo de Bohr, os elétrons poderiam ocupar órbitas permitidas ou estados estacionários, cuja energia variava de acordo com valores discretos ou múltiplos inteiros de um valor mínimo. Para mudar de órbita o elétron deve absorver energia (fóton) e para retornar a órbita original é necessário emitir energia (fóton).
   • Albert Einstein (1879-1955) sugeriu que a luz é constituida de pacotes de energia ou quantum de energia, idéia similar apresentada por Planck sobre a radiação emitida por um corpo negro. Estes pacotes de energia são considerados partículas de luz dotadas de energia cinética e momento linear, o que explica o Efeito Fotoelétrico.
     • O Efeito Fotoelétrico só pode ser explicado através do caráter corpuscular da luz, ou seja, os fótons (nome dado as partículas de luz) colidem com o elétrons transmitindo-lhes energia e momento linear. Portanto, o Efeito Fotoelétrico fez ressurgir a teoria corpuscular da luz através dos fótons que são pacotes de energia com capacidade de interagir com a matéria.

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