FísicaQuân,ca–Aula1

FísicaIV,teoriaProfessoraHelenaMalbouisson

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OqueéFísicaQuân,ca?•  Tambémconhecidacomomecânicaquân+caeteoriaquân+ca;

•  Éoestudodomundomicroscópico;

•  Nomundomicroscópico,muitasgrandezasKsicasnãosãoconMnuas,masquan%zadas,i.e.,sãoencontradasapenasemmúl,plosinteirosdeumaquan,dadeelementar,oquantum;

•  Exemplodequan,zaçãononossodia-a-dia:umCD(asfaixasdesomsãodiscretas,contrariamenteaoLPondeas“faixas”desomsãoconMnuas).

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conMnuo

Discreto,quan,zado

OFóton,oQuantumdeluz•  PropostadeEinsteinde1905:aradiaçãoeletromagné,caéquan,zadaeaquan,dadeelementardeluzéofóton.

•  Fóton:mediadordasinteraçõeseletromagné,cas(teoriaquân,cadecampos).

•  Umfótontemumaenergiadadapor:E=hf

ondehéconhecidacomoconstantedePlanck:h=6,63x10-34J.s=4,14x10-15eV.s

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•  Amenorenergiaqueumaondaluminosadefrequênciafpodepossuiréhf(energiadeumúnicofóton);–  Seaondapossuiumaenergiamaior,essadeveserummúl,plodehf.

•  Einsteinpropôsaindaquealuzemi+daouabsorvidaporumcorpoocorreanívelatômico;

–  Quandoumfótondeenergiahféaborvidoporumátomo,aenergiahfdofótonétransferidaparaoátomo.

–  Quandoumfótondefrequênciaféemi%doporumátomo,umaenergiahfétransferidaparaofóton.

•  Emtodoeventodeabsorçãoouemissão,avariaçãodeenergiaésempreigualàenergiadofóton.

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OEfeitoFotoelétrico•  Noefeitofotoelétrico,elétronssãoemi%dospelamatéria(metal,

sólidosnãometálicos,gasesoulíquidos),comoconsequênciadaabsorçãodeenergiadaradiaçãoeletromagné%ca(fótons);–  Esseselétronssãochamadosdefotoelétrons.

•  DescobertoporHeinrichHertz1887;•  Vamosanalisardoisexperimentosqueenvolvemoefeito

fotoelétrico,ambosusandoamontagemabaixo:

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•  LuzdefrequênciafincidenoalvoT,ejetandoelétrons(fotoelétrons);

•  ElétronsejetadossãorecolhidospelocoletorC,devido`adiferençadepotencialman,daentreoalvoTeocoletor;

•  Oselétronssemovemnocircuitoformandoumacorrenteelétricai(correntefotoelétrica,indicadanafigura);

•  Bateriaseresistorvariávelsãousadosparaproduzireajustaradiferençadepotencial.

Primeiroexperimentodoefeitofotoelétrico•  AoatravessarumadiferençadepotencialVnega,va,oselétronsejetados

perdemenergia;Experimento:1.  AumentarVnega,voatéqueacorrentefotoelétricasejanulaè

potencialdecorte,Vcorte;2.  QuandoV=Vcorte,osfotoelétronsmaisenergé,cossãode,doslogo

antesdechegarnocoletorèsuaenergiaciné,camáximaédadapor:Kmáx=eVcorte,

Ondeeéacargaelementar.

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•  Experimentosmostramqueparaumaluzdemesmafrequênciaf,ovalordeKmáxnãodependedaintensidadedaluzincidentenoalvo;

•  IssonãopodeserexplicadopelaFísicaClássica;•  NaFísicaClássica,aluzéumaondaeletromagné,caèquantomaioraamplitudedaonda

(intensidadedaluz),maioraenergiadestaèmaioraenergiadoselétronsejetados.Masnãoéissoqueacontece!

•  Paraumadadafrequênciaf,aenergiamáximadoselétronsemi,dospeloalvoésempreamesma;

•  Sepensarmosemtermosdefótons:aenergiamáximaqueumelétronejetadopodeobteréaenergiadeumúnicofóton.Aoaumentarmosaintensidadedaluz,aumentamosonúmerodefótons,masaenergiadecadafóton(E=hf)con,nuaamesma.èdualidadeonda-parCcula!

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Segundoexperimentodoefeitofotoelétrico

•  ConsisteemmediropotencialVcorteparaváriasfrequênciasfdaluzincidente;•  Oresultadoob,doestámostradoabaixo:

•  Oefeitofotoelétriconãoéobservadoseafrequênciadaluzformenorqueumcertovalorcrí,co,umacertafrequênciadecortef0,ouequivalentemente,comprimentodeondadecorte,λ0=c/f0;

•  Oresultadonãodependedaluzincidente.

•  OresultadoacimanãopodeserexplicadopelaFísicaClássica:sealuzsecomportasseapenascomoondateriaenergiasuficienteparaejetarelétrons,independentedasuafrequência,contantoque,vesseumaintensidadesuficientementegrande.Masissonãoacontece!

•  Sepensarmosemtermosdefóton:•  Oselétronssemantêmfixosaoalvoporumaforçaelétricaexercidasobreeles;•  Paraselivraremdessaforça(seremejetados),necessitamdeumacertaenergia

mínimaΦ,quedependedomaterialdoalvo;•  Essaenergiamínimarecebeonomedefunçãotrabalho;•  Quandohf>Φèoelétronescapadoalvo.Quandohf<Φèoelétronnãopode

escapar.

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AEquaçãodoEfeitoFotoelétrico

Einsteinresumiuosresultadosdosexperimentosdoefeitofotoelétriconaseguinteequação:

hf=Kmáx+Φ(equaçãodoefeitofotoelétrico)

•  AequaçãoacimaéaaplicaçãodaleideconservaçãodeenergiaàemissãofotoelétricaporumalvocomumafunçãotrabalhoΦ;

•  Aenergiadoelétronejetadodeveserigualàdofótonincidente;•  Oelétronnecessitadeumacertaenergia(Φ)paraescapardoalvo.Adiferençadeenergia(hf

-Φ)seráadquiridaemenergiaciné,ca.

•  Subs,tuindoKmaxemfunçãodeVcorte,temos:

hf=eVcorte+ΦèeVcorte=hf–Φè Vcorte=(h/e)f–(Φ/e)

Como(h/e)e(Φ/e)sãoconstantes,Vcortetemumadependêncialinearcomafrequênciaf,comovimosnográficoanterior.Exercício:Calculehapar,rdográficonoslideprecendente.Sabemosqueainclinaçãodareta,a,deveserdadapora=(h/e)ècalculamosainclinaçãoapar,rdográficoecomissoderteminamosh=a*e.

FísicaQuân,ca–Aula2•  Naaulapassadavimos:– OqueéKsicaquân,ca;– Oefeitofotoelétrico:

•  Vcorte;•  Funçãotrabalho,Φ;•  Aequaçãodoefeitofotoelétrico:hf=eVcorte+Φ• 

•  Naauladehojeveremos:– OsFótonspossuemmomento;– OdeslocamentoCompton;– ALuzcomoumaondadeprobabilidade.

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