Apres. def.física moderna

Aula 1: Eletrostática, Átomos e Tabela Periódica

1. átomos e modelos atômicos

2. átomos e elementos

3. conservação de cargas

• Tudo é feito de átomos!

Carbono

Silício

Hidrogênio

Ferro

átomos e modelos atômicos

Na maioria das situações, os átomos possuem o mesmo número de prótons e elétrons.

Nome Região Atômica

Carga Elétrica Massa

Elétron Eletrosfera -1 1/1840

Próton Núcleo +1 1

Nêutron Núcleo zero 1

pequeno!!

grandes

átomos e modelos atômicos

ELEMENTOS QUÍMICOS os átomos não são iguais – eles têm diferentes números de

prótons, nêutrons e elétrons.

átomos com mesmo número de prótons recebem o nome de um elemento químico

EXEMPLOS: o Hidrogênio com número atômico 1 (os átomos de hidrogênio contém um próton e um elétron); Hélio (número atômico 2); Carbono (número atômico 6).

átomos e elementos

átomos e elementos

http://www.labec.iqm.unicamp.br/cursos/QG107/aula9_4x.pdf

Número atômico Símbolo Configuração da Camada de valência

Metais Semimetais Ametais

Os elétrons das camadas mais internas estão ligados fortemente ao núcleo.

Os elétrons mais externos estão pouco ligados e podem facilmente ser desalojados.

A energia necessária para remover um elétron do átomo varia de uma substância para outra

conservação de cargas e eletrização

Princípio da Conservação da Carga

Quando um material é eletricamente carregado, nenhum elétron é criado ou destruído. Eles são simplesmente transferidos de um material para outro. A carga é conservada.


MATERAIS CONDUTORES E ISOLANTES CONDUTORES permitem a fácil movimentação dos elétrons. ISOLANTE os elétrons são fortemente ligados ao núcleo, não

permite uma fácil movimentação dos elétrons.

5 – 8 elétrons 1 -3 elétrons na última camada na última camada


SÉRIE TRIBOELÉTRICAPOSITIVO

Mãos Humanas

Vidro Lã

ChumboPele de Gato

SedaAlumínio

PapelAlgodão

PoliestirenoCobre

Enxofre Celulóide

NEGATIVO

cobre (Cu) e enxofre (S)


tribo = atrito (em grego!)

cobre + enxofre -

átomo planetário Terra e Lua átomo

v

Fforça para o centro “gira”

a velocidade de módulo

constante

modelo planetário é instável!

a Lua não cai na Terra,

Terra e Lua Átomo

mas o elétron cai (espirala) no núcleo!

‘’O modelo planetário não explica a existência dos átomos precisamos de outro modelo

EXEMPLO DE CARGAS ELÉTRICAS ACELERADAS E CONSEQUENTEMENTE EMITINDO LUZ.

AURORA BOREAL

Aula 2:luz e ondas eletromagnéticas

OndasOndas eletromagnéticas e antenas

PERGUNTAS

O que é a luz?

Como a luz do Sol chega até a Terra?

Luz e calor são formas de energia? Como podem ser transportadas na ausência de átomos?

O que é uma onda?

• tem oscilação

• tem deslocamento em

alguma (s) direção (ões)

ondas

•Transfere energia e momento

•Não transfere matéria

ondas

O que é uma onda?

• tem oscilação de matéria

• tem deslocamento de

energia

ondas

O que é uma onda?

amplitudemedida da magnitude da máxima perturbação durante uma oscilação completa

tempo período Ttempo de uma oscilação completa

na oscilaçãoondas

ondas

amplitude y

λ comprimento de

onda (λ)

distância de uma crista a outra

tempo período Ttempo para a crista se deslocar de um comprimento de onda λ

no deslocamento

velocidade v λ / T

distância (comprimento de onda λ) percorrida no tempo de um período T

v

ondas

Ondas de luz ondas

Mas a luz do Sol se propaga no vácuo.

Se luz é feita de ondas, estas ondas não necessitam de um meio material!

Então são oscilações de que?

Antena – Variação do Campo Elétricoondas eletromagnéticas e antenas

-

i

E

++++++++++++

---------------------

-

iE

…Δt Δt Δt

Campo elétrico

ondas eletromagnéticas e antenas

Antena – Variação do Campo Magnético

B


B

-

i

i

-

i

i

Δt Δt Δt

Campo magnético


B

i

i

i

Δt

Δt

B

B

corrente elétrica variável ou campo elétrico variável

campo magnético variável campo elétrico (chamamos este fenômeno de indução eletromagnética)


campo magnético variável

E como juntar as duas?Onda eletromagnética

Corrente

Campo Magnético

Campo Magnético

Campo Magnético

Campo Elétrico

Campo Elétrico

Propagação da onda eletromagnéticaNo vácuo com uma velocidade c , onde c ≈ 3x108 m/s.

c = / T = f


frequência

comprimento de onda

c

http://www.upscale.utoronto.ca/GeneralInterest/Harrison/Flash/EM/EMWave/EMWave.html

http://www.upscale.utoronto.ca/GeneralInterest/Harrison/Flash/EM/EMWave/EMWave.html

Emwave.url

carga oscilante emite onda de campo elétrico

Antena Átomo

Fontes de ondas eletromagnéticas


… a grande maioria das ondas eletromagnéticas no Universo vem

das vibrações moleculares

• Elétrons vibram em torno do núcleo

Frequência alta: ~1014 - 1017 Hz

• Os núcleos das moléculas vibram Frequência intermediária: ~1011 - 1013 Hz

• Os núcleos das moléculas rodam

Frequência baixa: ~109 - 1010 Hz


Aula 3:Refração e dispersão da luz

Análise da luz

Espectro visível e reemissão molecular

Refração

Ressonância

A onda eletromagnética emitida por um fonte luminosa (visível) pode ser analisada por um espectroscópio.

Existem dois tipos de espectroscópios:

DIFRAÇÃO REFRAÇÃO

ESPECTROSCÓPIO DE REFRAÇÃO

Propriedades da Luzreflexão e refração

incidente refletido

refratado

Lei da Refração... Mas e a onda eletromagnética?

Raio incidente N Meio menos refringente

n1

n2 Meio mais refringente

Raio refratado

Lei de Snell - Descartes:n1 sen1 = n2 sen2

RelembrandoFontes de ondas eletromagnéticas

RessonânciaRessonância é um fenômeno onde o objeto exposto a uma perturbação oscilante, com freqüência igual a sua própria freqüência natural de vibração, passa a ganhar energia.

EXEMPLOS: »Soldados marchando sobre uma ponte;»Cantora quebrando uma taça de cristal;»Diapasões para afinar violão;»Criança brincando no balanço.

EMISSÃO

DE ONDA ELETROMAG-

NÉTICA

VIBRAÇÃO

DOS ELÉTRONS

Onda eletromagnética passando por antena - produzindo VIBRAÇÃO e EMISSÃO

antenas emissoras, receptoras e reemissoras

REEMISSÃO da onda eletro-

magnética

Molécula vibrando ABSORÇÃO EMISSÃO com sua freqüência Onda eletromagnética gerada natural pelo movimento dos elétrons

Campo eletromagnético passando por molécula e produzindo vibração e reemissão


Situações em que os elétrons oscilam sob ação de ondas eletromagnéticas:

• Oscilação produz onda EMISSÃO

• Onda produz oscilação ABSORÇÃO

• A oscilação gerada por uma absorção pode produzir uma nova onda REEMISSÃO


Luz reemissão em

todas as direções

transformação em outras formas de energia cinética

molecular

espalhamento

absorção

interferência das ondas de átomos ordenados em

fileiras

reflexão

refração

difração

Os muitos caminhos da luz na matéria

Alguns materiais são transparentes à luz e outros não. Por quê?

PARA QUALQUER MATERIAL: As freqüências naturais de oscilação de um elétron dependem de quão fortemente ele está ligado a seu átomo ou molécula.

Diferentes átomos e moléculas possuem diferentes constantes elásticas. ANÁLOGO MECÂNICO

Atividades: Desenhar duas ondas separadas(Gráfico do espaço pelo

tempo) em três momentos:Em fase,Com ½ de defasagem eCom ¼ de defasagem.

Faça um gráfico somando essas ondas nos três casos explicando como você pode obter as respostas.

Monte na transparência: duas fendas, meça essa distância, depois desenhe um anteparo e meça a distância entre as fendas e o anteparo. Depois disso posicione uma onda em cada fenda e identifique pontos de máximos e mínimos que poderá se encontrar no anteparo. Identifique o que é necessário para que ocorra máximo ou mínimos dando exemplos.

O que acontece quando se aproxima ou se afasta as fendas?

• Em fase

Sobreposição de ondas = soma

amplitude dobra

ondas

• Defasagem de ½ de onda

λ/2

amplitude se anula!

ondas


• Defasagem de ¼ de onda

λ/4

ondas


em fase Amplitude dobra

• Defasagem de ½ de onda

λ/2

amplitude se anula!

CONSTRUTIVA

DESTRUTIVA

Interferência=SOMAondas

Fenômeno que representa a superposição de duas ou mais ondas num mesmo ponto

InterferênciaInterferência

Onda 1

Onda 2

Onda 1

Onda 2

Interferência

Onda 1

Onda 2

Onda 1

Onda 2

Quanto maior a diferença entre os caminhos dos dois raios de luz (via M e N), mais distante do ponto central é a imagem formada na tela

Interferência

luz

escuro

luz

luz

escuro

Quanto maior a distância entre as fendas, menos afastadas ficam as franjas laterais

Interferência

O que vemos, se afastarmos muito mais as fendas??

A luz se propaga em linha reta???

E porque não vemos esse efeito quando a luz passa pela porta? O que precisa para

que o fenômeno da difração ocorra?

PERGUNTASComo a luz é capaz de fazer curva, quando ela passa por um anteparo?(Caso da cuba de vidro)

Se um aluno depois de ver o experimento da cuba lhe perguntasse “E porque não vemos esse efeito quando a luz passa pela porta? “ Como você explicaria?

No caso das ondas eletromagnéticas que não necessitam de um meio de propagação como podemos explicar o efeito da difração?

Como você explicaria para obter a equação da difração. Explique utilizando desenhos e explicite todos os passos, que será necessário para isso .

Que informação sobre a onda podemos obter da figura de difração?

Nas bordas ocorre o efeito “antena” e com isso ela provoca a vibração das moléculas da borda da parede

A luz se propaga em linha reta???

SE OBSERVAMOS INTERFERÊNCIA E DIFRAÇÃO É PORQUE A LUZ É

ONDA!!!!!

1. Modelo planetário e seus problemas

2. Modelo Atômico de Bohr 3. Linhas Espectrais

Modelo Atômico de Rutherford (1911)

Os elétrons poderiam ocupar qualquer órbita em torno do átomo.

Já que o modelo planetário não serve mais

Novo: Modelo Atômico de Bohr(postulados)

1º postulado: Os elétrons descrevem órbitas circulares estacionárias ao redor do núcleo, SEM EMITIREM NEM

ABSORVEREM ENERGIA.

Interação da Radiação com a Matéria

Interação da Radiação com a MatériaQUANTIZADA!

Fóton

pacote de energia bem definida

partícula de energia

Órbitas de Bohr para o átomo de hidrogênio

Segundo postulado de Bohr. Um átomo irradia energia quando um elétron salta de uma órbita de maior energia para uma de menor energia.

A luz vermelha é causada

por elétrons saltando

da terceira órbita para a

segunda órbita

FÓTON VERMELHO

A linha verde-azulada no espectro atômico é

causada por elétrons saltando

da quarta para a segunda órbita.

A linha azul no espectro atômico é causada

por elétrons saltando

da quinta para a segunda órbita

A linha violeta mais brilhante no espectro

atômico é causada por elétrons saltando

da sexta para a segunda órbita.

Interação da Radiação com a Matéria

Espectros Atômicos

São como impressões digitais

O espectro emitido por um elemento químico não é contínuo

Átomo de hidrogênio

espectro

átomo = sem (a) divisão (tomo) em Grego

espectro = spectrum = aparência (derivada de specere = olhar para, em Latim)

O MODELO DE BOHR É CAPAZ DE EXPLICAR A LUZ EMITIDA POR

GASES QUENTES - espectros

Átomos e espectros

gás neon

ESPECTRO DE EMISSÃO

ESPECTRO DE ABSORÇÃO

GásQuente

Gás Frio

Espectro de Emissão:vermelho – verde - azul

Espectro de Absorção:ciano –amarelo -magenta

E afinal, a luz é onda ou é

partícula???

Nos anos 1860, Gustav Kirchhoff formula as leis experimentais que resumem os 3 tipos

de espectro possíveis:

E qual a origem do espectro contínuo???

Emissão de luz

Átomo de hidrogênio

espectro do gás

Níveis eletrônicos em átomos próximos

líquido ou sólido

gás

lâmpada fluorescente (gás)

luz de uma vela (parafina)

http://ioannis.virtualcomposer2000.com/spectroscope/amici.html#colorphotos

Situação de Aprendizagem 3: Dados Quânticos

Depois de explicado o modelo de Rutherford passamos para a “Crise do Modelo Clássico” e vamos para o modelo de Bohr. As órbitas de Bohr são estados energéticos estacionários, cujos valores são constantes.

Para simplificar usamos a equação: En = 13,06 ev/n2 onde cada órbita é caracterizada pelo número quântico (n), que pode assumir valores inteiros entre 1, 2, 3, ...

Devemos pedir para os alunos calcularem essas energias para cada nível. Depois devemos mostrar as séries de Lyman n = 1, Balmer n = 2, Paschen n = 3, Brackett n = 4 e Pfund n = 5.

Depois pedimos aos alunos para montarem os dados com os valores sugeridos no caderno.

Para o jogo deve-se ter papel, caneta e uma pequena calculadora para ver se a jogada é possível e em que nível o jogador está.

Todos os jogadores começam do zero e para cada jogada ele vai subindo de nível até atingir o nível n = 5.

Com essa atividade deve ficar claro para o aluno que os elétrons não assumem qualquer valor de energia, isto é, a energia é quantizada.

Situação de Aprendizagem 4. Pag. 18. CADERNO DO ALUNO. 3ª Série. Volume 3.IDENTIFICANDO OS ELEMENTOS QUÍMICOS DOS MATERIAISSituação de Aprendizagem 6. Pag. 26. CADERNO DO ALUNO. 3ª Série. Volume 3.ASTRÔNOMO AMADORSITUAÇÃO DE APRENDIZAGEM: IDENTIFICANDO ELEMENTOS QUÍMICOSOBJETIVOS: Discutir a emissão de luz por diferentes materiais e relacioná-la às propriedades atômicas.CONTEÚDOS: Produção do espectro de emissão de radiações; identificação das substâncias através das linhas espectrais.COMPETÊNCIAS E HABILIDADES: Utilizar linguagem escrita para relatar experimentos e questões relativos à produção de espectros. Analisar e interpretar resultados de atividades experimentais demonstrativas. Usar modelos quânticos para a interpretação dos espectros de emissão de substâncias.

ESTRATÉGIAS: Realização de atividades demonstrativas e experimentais em duplas. Observação das linhas dos espectros de vários elementos químicos. Elaboração de hipóteses que expliquem as linhas dos espectros. Suas cores e freqüências.RECURSOS: Roteiro de trabalho. Bico de Bunsen, gás, vários elementos químicos diferentes, espectroscópio simples, cópias dos espectros de diversos elementos e das emissões de algumas estrelas. Teste da Chama:Substância Elemento Cor CuSO4 Cobre Verde CaO Cálcio Vermelho KCl Potássio Violeta NaCl Sódio Amarelo

“Quem quer que não fique chocado com a Mecânica Quântica, não a compreende.”

Niels Bohr (pai da Mecânica.Quântica.)

“O pior pecado contra nosso semelhante não é o de odiá-lo, mas o de ser indiferente com ele.”

(George Bernard Shaw)

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