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1. Interação Radiação-Matéria

2. A Radiação

3. A Matéria3. A Matéria

4. Espectroscopia de Biomoléculas

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1862 Equações de Maxwell (unificação de campos elétricos e magnéticos)

Eletromagnetismo

No vácuo (livre de cargas e correntes): E e B obedecem equações de onda

E e B são ortogonais entre si e à direção de propagação.

Velocidade de propagação: 1/(ε0µ0)1/2 = velocidade da luz

“We can scarcely avoid the inference that light consists in the traverse undulations of the same medium which is the cause of electric and magnetic phenomena” (J. C. Maxwell)

Luz é ONDA eletromagnética

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Eletromagnetismo

1887 Hertz: Geração e detecção de ondas EM (rádiofreqüência)

���� Descoberta do efeito fotoelétrico.

Previsão de Maxwell: Ondas EM carregam momentum (pressão de radiação) e energia.

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Eletromagnetismo

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Outra lado - Século XIX-XX

1880−1926 Desenvolvimento importante no entendimento da luz: mecânica quântica.

1900 Planck: Distribuição espectral de radiação térmica.

���� Previsão clássica: catástrofe do ultravioleta.

���� Descrição precisa da distribuição espectral foi obtida por Planck se valendo da hipótese de que energia eletromagnética poderia ser emitida apenas em múltiplos da quantidade hν

(quantum de luz).

h: nova constante física (constante de Planck)

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MatériaEnquanto isso...

Mecânica Quântica

1910 Muitas evidências experimentais indicavam que átomos contêm elétrons (espalhamento de raios X, efeito fotoelétrico).

Qual a distribuição de cargas positivas e negativas dentro do átomo?

Modelo de Thomson: pudim de passas. Discrepância com espectros experimentais.

1911 Modelo de Rutherford: espalhamento de partículas α por átomos de Au.

Espalhamento em ângulos grandes: “Era tão inacreditável como se você atirasse um obus de 15 polegadas sobre uma pedaço de papel de seda e ele voltasse e nos atingisse.”

Carga +Ze e quase toda a massa concentradas numa pequena região com Z elétrons neutralizando a matéria.

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Modelo de Rutherford

Matéria

Adaptado: UFSM

“Mini-sistema planetário”

ThomsonRutherford

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Problemas com modelo de Rutherford���� Elétrons não poderiam estar em repouso: colapsariam no núcleo

���� Elétrons devem circular em torno do núcleo: emissão de radiação

���� Espectro contínuo emitido em desacordo com o espectro discreto observado.

Radiação emitida está concentrada em um conjunto de comprimentos de onda discretos (linha)

Adaptado: Profs. Azevedo e Nunes - Aula Lab Fís IV – IFSC/USP - 2004

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1913 Modelo de Bohr: órbitas circulares, quantização do momento angular, elétrons nãoemitem radiação nessas órbitas e cálculo da freqüência da radiação emitida(previsão de espectros)

Matéria

Adaptado: Profs. Azevedo e Nunes – Aula Lab Fís IV – IFSC/USP - 2004

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1924 Louis de Broglie: em sua tese de doutorado propôs dualidade onda-partícula para partículas materiais.

E = h νννν λλλλ = h / p

(relação grandezas partícula-onda)

h ~ 10-34 Joule.segExemplo: bola de futebol com 10 m/s: λ ~ 10-35 m

elétron com 100 eV: λ ~ 10-10 m

Somente quando λ é da ordem do tamanho dos obstáculos: ótica física (difração, etc).

Matéria

1925 Heisenberg: princípio da incerteza – há um limite da precisão com a qual podemos medir posição e o momentum de uma partícula.

1926 Erwin Schrödinger: modelo matemático da mecânica quântica baseado em mecânica de ondas de probabilidade.

1927 Davisson-Germer: difração de feixe de elétrons por cristal de Ni colocou a dualidade onda-partícula de partículas materiais em uma firme base experimental.

Nascimento de uma teoria nova e coerente para a matéria:MECÂNICA QUÂNTICA

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MatériaMétodo semi-clássico da interação radiação-matéria

campo eletromagnético clássicoÁtomo quântico

1925-1930 Dirac, Jordan, Pauli – aplicação das leis da mecânica quântica ao campo eletromagnético.

Energia do campo monocromático é quantizada.

1950-1970:

���� Método semi-clássico permitia o cálculo de todas as propriedades dos campos.