Baixe 3-Fótons e ondas de matéria-aluno e outras Slides em PDF para Engenharia Química, somente na Docsity! Lu z co m o o n d a Lu z co m o o n d a O n d a s E le tro m a g n é tic a s : P rin cíp io s d e Física M o d ern a P rin cíp io s d e Física M o d ern a –– FS4 4 2 0 / N F5 4 2 0 FS4 4 2 0 / N F5 4 2 0 –– P ro fa P ro fa Elia n e Elia n e A m p litu d e C o m p rim e n to d e o n d a λλλ λ Fre q u ê n cia f V e lo cid a d e d e p ro p a g a çã o c = λλλ λ .f I = P /A A P E B E I ∝ ∝ ∝ 2m a x m a x m a x . Lu z co m o p a rtícu la Lu z co m o p a rtícu la Te o ria co rp u scu la r + o n d u la tó ria d a lu z – N e w to n – 1 7 0 4 /1 7 1 7 d eco m p o siçã o esp ectra l, d eterm in a çã o d o s co m p rim en to s d e o n d a Ó p tica g eo m étrica P rin cíp io s d e Física M o d ern a P rin cíp io s d e Física M o d ern a –– FS4 4 2 0 / N F5 4 2 0 FS4 4 2 0 / N F5 4 2 0 –– P ro fa P ro fa Elia n e Elia n e m a ssa : 0 ca rg a : 0 ve lo cid a d e : c e n e rg ia : h = c o n s ta n te d e P la n c k = 6 ,6 3 x 1 0 -3 4 J .s = 4 ,1 4 x 1 0 -1 5 e V .s f = fre q u ê n c ia d a O E M E in ste in – 1 9 0 5 Lu z = p a rtícu la = fó to n E = h f D u a lid a d e o n d a D u a lid a d e o n d a --p a rtícu la p a rtícu la m a ssa : 0 ca rg a : 0 ve lo cid a d e : c e n e rg ia : E = h f O n d a s E le tro m a g n é tic a s : F ó to n s : P rin cíp io s d e Física M o d ern a P rin cíp io s d e Física M o d ern a –– FS4 4 2 0 / N F5 4 2 0 FS4 4 2 0 / N F5 4 2 0 –– P ro fa P ro fa Elia n e Elia n e A m p litu d e C o m p rim e n to d e o n d a λλλ λ Fre q u ê n cia f V e lo cid a d e d e p ro p a g a çã o c = λλλ λ .f Lu z – f > fc v e - E fe ito fo to e lé trico P E B E I ∝ ∝ ∝ 2m a x m a x m a x . Efeito fo to elétrico Efeito fo to elétrico N o b e l 1 9 2 1 E m issã o d e e lé tro n s p o r u m a su p e rfície (m e tá lica ) q u a n d o ilu m in a d a p o r u m a lu z d e fre q u ê n cia a cim a d e u m ce rto va lo r crítico (fc = fre q u ê n cia d e co rte ) Lu z – f > fc v e - P rin cíp io s d e Física M o d ern a P rin cíp io s d e Física M o d ern a –– FS4 4 2 0 / N F5 4 2 0 FS4 4 2 0 / N F5 4 2 0 –– P ro fa P ro fa Elia n e Elia n e Efeito fo to elétrico Efeito fo to elétrico 0 .0 0 0 .8 0 1 .6 0 2 .4 0 0 .0 0 0 .2 0 0 .4 0 0 .6 0 0 .8 0 1 .0 0 1 .2 0 1 .4 0 e V o M a te ria l A e V o = h f - φφφ φ fc P rin cíp io s d e Física M o d ern a P rin cíp io s d e Física M o d ern a –– FS4 4 2 0 / N F5 4 2 0 FS4 4 2 0 / N F5 4 2 0 –– P ro fa P ro fa Elia n e Elia n e -3 .2 0 -2 .4 0 -1 .6 0 -0 .8 0 0 .0 0 0 .2 0 0 .4 0 0 .6 0 0 .8 0 1 .0 0 1 .2 0 1 .4 0 F re q u ê n cia (x 1 0 1 5 H z) h = co n sta n te d e P la n ck 6 ,6 3 x 1 0 -3 4 J.s 4 ,1 4 x 1 0 -1 5 e V .s φφφ φ ΑΑΑ Α 0 .0 0 0 .8 0 1 .6 0 2 .4 0 0 .0 0 0 .2 0 0 .4 0 0 .6 0 0 .8 0 1 .0 0 1 .2 0 1 .4 0 e V o M a te ria l A M a te ria l B Efeito fo to elétrico Efeito fo to elétrico e V o = h f - φφφ φ fc P rin cíp io s d e Física M o d ern a P rin cíp io s d e Física M o d ern a –– FS4 4 2 0 / N F5 4 2 0 FS4 4 2 0 / N F5 4 2 0 –– P ro fa P ro fa Elia n e Elia n e -3 .2 0 -2 .4 0 -1 .6 0 -0 .8 0 0 .0 0 0 .2 0 0 .4 0 0 .6 0 0 .8 0 1 .0 0 1 .2 0 1 .4 0 F re q u ê n cia (x 1 0 1 5 H z) fc φφφ φ ΑΑΑ Α φφφ φ ΒΒΒ Β h = co n sta n te d e P la n ck 6 ,6 3 x 1 0 -3 4 J.s 4 ,1 4 x 1 0 -1 5 e V .s Efeito fo to elétrico Efeito fo to elétrico -- exercício exercício P 1 -1 S .2 0 0 8 - U m ren o m a d o m u seu fez u m a co n su lta a u m a em p resa d e sen so res fo to elétrico s so b re a p o ssib ilid a d e d e d esenvo lver u m sen so r ca p a z d e d etecta r ra d ia çã o u ltra vio leta . Pa ra a va lia r a so licita çã o, o d o n o d a em p resa p ed iu a vo cê, esta g iá rio, q u e a n a lisa sse o s m a teria is d isp o n íveis lista d o s a b a ixo . M a te ria is fo to e lé trico s Fu n çã o tra b a lh o - φφφ φ (e V ) C ésio 2 ,1 0 A lu m ín io 4 ,3 0 E m isso re s d e Lu z: T ip o 1 : fo n te d e lu z u ltra v io le ta d e co m p rim e n to d e o n d a λ = 3 1 0 n m e p o tên cia P = 1 ,0 0 W . T ip o 2 : fo n te d e lu z u ltra v io le ta d e co m p rim e n to d e o n d a λ = 3 1 0 n m e p o tên cia P = 1 0 ,0 W . P rin cíp io s d e Física M o d ern a P rin cíp io s d e Física M o d ern a –– FS4 4 2 0 / N F5 4 2 0 FS4 4 2 0 / N F5 4 2 0 –– P ro fa P ro fa Elia n e Elia n e A lu m ín io 4 ,3 0 C o b re 4 ,6 8 (a ) Q u a is d esses m a teria is vo cê esco lh eria p a ra fa b rica r o sen so r? Ju stifiq u e su a resp o sta . (b ) Pa ra o m a teria l esco lh id o, vo cê o b serva ria a lg u m a d iferen ça n a em issã o fo to elétrica se u sa sse a s fo n tes d o Tip o 1 o u d o Tip o 2 ? Ju stifiq u e su a resp o sta . (c) Esco lh id o s o m a teria l e a fo n te, q u a l d eve ser o va lo r d o p o ten cia l d e co rte n ecessá rio p a ra frea r to ta lm en te o s elétro n s em itid o s p elo m a teria l? (d ) C a lcu le a velo cid a d e m á xim a d o s elétro n s. (e) C a lcu le o n ú m ero d e fó to n s q u e a tin g e a su p erfície d o m a teria l p o r seg u n d o p a ra a fo n te tip o 2 . Exercício Exercício S& Z S& Z –– 3 8 .1 3 8 .1 O g rá fico a b a ixo m o stra o p o ten cia l d e co rte em fu n çã o d a freq ü ên cia d a lu z in cid en te so b re u m a su p erfície d e u m m eta l. (a ) C a lcu le a fu n çã o tra b a lh o d esse m eta l. (b ) Q u a l o va lo r d a co n sta n te d e P la n ck q u e esse g rá fico fo rn ece (c) Po r q u e o g rá fico n ã o se esten d e a lém d o eixo O x? (d ) Se fo sse u sa d o u m m eta l d iferen te, q u e ca ra cterística s d o g rá fico vo cê esp era ria q u e fo ssem ig u a is e q u a is seria m d iferen tes? Ju stifiq u e su a resp o sta . 8 .0 0 9 .0 0 P rin cíp io s d e Física M o d ern a P rin cíp io s d e Física M o d ern a –– FS4 4 2 0 / N F5 4 2 0 FS4 4 2 0 / N F5 4 2 0 –– P ro fa P ro fa Elia n e Elia n e 0.0 0 1 .0 0 2 .0 0 3 .0 0 4 .0 0 5 .0 0 6 .0 0 7 .0 0 8 .0 0 0 .0 0 0 .5 0 1 .0 0 1 .5 0 2 .0 0 2 .5 0 3 .0 0 3 .5 0 Potencia de corte (V) F re q u ê n cia (P H z) P 1 P 1 FS4 4 2 0 FS4 4 2 0 –– 1 º sem 2 0 0 9 1 º sem 2 0 0 9 A fig u ra a b a ixo m o stra a em issã o ca ra cterística d e elétro n s (em issã o fo to elétrica ) d e u m m a teria l m etá lico d e fu n çã o tra b a lh o φ, q u a n d o lu z co m freq u ên cia m a io r q u e u m certo va lo r crítico fc o a tin g e. (a ) C a lcu le a fu n çã o tra b a lh o d o m a teria l. (b ) A n a lise se ca d a u m a d a s a firm a çõ es a b a ixo é fa lsa o u verd a d eira . Ju stifiq u e cla ra m en te su a resp o sta . I.Se u sa rm o s u m a fo n te d e lu z d e p o tên cia P = 5 ,0 0 W e co m p rim en to d e o n d a λ = 4 0 0 n m ,o m a teria l em itirá elétro n s co m en erg ia cin ética m á xim a K m a x = 0 ,4 0 eV. ( ) Fa lso ( ) V erd a d eiro II. A d iferen ça n a em issã o fo to elétrica d o m a teria l, q u a n d o u sa m o s u m a fo n te d e lu z d e p o tên cia P rin cíp io s d e Física M o d ern a P rin cíp io s d e Física M o d ern a –– FS4 4 2 0 / N F5 4 2 0 FS4 4 2 0 / N F5 4 2 0 –– P ro fa P ro fa Elia n e Elia n e II. A d iferen ça n a em issã o fo to elétrica d o m a teria l, q u a n d o u sa m o s u m a fo n te d e lu z d e p o tên cia P = 5 ,0 0 W e co m p rim en to d e o n d a λ = 3 0 0 n m (fo n te 1 ), e u m a fo n te d e lu z d e p o tên cia P = 1 0 ,0 W d e m esm o co m p rim en to d e o n d a (fo n te 2 ), é q u e o va lo r d o p o ten cia l d e co rte (V o ) n ecessá rio p a ra frea r o s elétro n s será m en o r q u a n d o u sa m o s a fo n te 1 d o q u e q u a n d o u sa m o s a fo n te 2 . ( ) Fa lso ( ) V erd a d eiro Fó to n s p o ssu em m o m en to Fó to n s p o ssu em m o m en to E in ste n – 1 9 1 6λ h c hf c E p = = = C o m p to n – 1 9 2 3 P rin cíp io s d e Física M o d ern a P rin cíp io s d e Física M o d ern a –– FS4 4 2 0 / N F5 4 2 0 FS4 4 2 0 / N F5 4 2 0 –– P ro fa P ro fa Elia n e Elia n e In terferên cia co m o p ro b a b ilid a d e In terferên cia co m o p ro b a b ilid a d e P rin cíp io s d e Física M o d ern a P rin cíp io s d e Física M o d ern a –– FS4 4 2 0 / N F5 4 2 0 FS4 4 2 0 / N F5 4 2 0 –– P ro fa P ro fa Elia n e Elia n e Pro b a b ilid a d e d o s fó to n s a tin g ire m a te la e m u m a ce rta p o siçã o . D e p e n d e d o co m p rim e n to d e o n d a d o s fó to n s (e n e rg ia ) a o a tra v e ssa r a fe n d a F ig u ra d e In te rfe rê n cia & d ifra çã o = d istrib u içã o e sta tística D e te cto r d e fó to n s # fó to n s q u e ch e g a m e m ca d a p o n to I α α α α # fó to n s In terferên cia /D ifra çã o d e elétro n s In terferên cia /D ifra çã o d e elétro n s P rin cíp io s d e Física M o d ern a P rin cíp io s d e Física M o d ern a –– FS4 4 2 0 / N F5 4 2 0 FS4 4 2 0 / N F5 4 2 0 –– P ro fa P ro fa Elia n e Elia n e In terferên cia /D ifra çã o d e elétro n s In terferên cia /D ifra çã o d e elétro n s P rin cíp io s d e Física M o d ern a P rin cíp io s d e Física M o d ern a –– FS4 4 2 0 / N F5 4 2 0 FS4 4 2 0 / N F5 4 2 0 –– P ro fa P ro fa Elia n e Elia n e T he num ber of electron accum ulated on the screen. (a) 8 electrons; (b) 270 electrons; (c) 2000 electrons; (d) 160,000. T he total exponsure tim e from the beginning to the stage (d) is 20 m in. P ro b a b ilid a d e d o e lé tro n a tin g ir a te la e m u m a ce rta p o siçã o d a te la F ig u ra d e In te rfe rê n cia & d ifra çã o = d istrib u içã o e sta tística D u a lid a d e O n d a D u a lid a d e O n d a --p a rtícu la p a rtícu la P rin cíp io s d e Física M o d ern a P rin cíp io s d e Física M o d ern a –– FS4 4 2 0 / N F5 4 2 0 FS4 4 2 0 / N F5 4 2 0 –– P ro fa P ro fa Elia n e Elia n e A p ro p o sta d e Lo u is d e B ro g lie A p ro p o sta d e Lo u is d e B ro g lie -- 1 9 2 4 1 9 2 4 Lu z (O E M ) P a rtícu la (fó to n ) O n d a (f, λ ) A p ro p o stap a ra u m fó to n : c. p E = N o b e l : 1 9 2 9 P rin cíp io s d e Física M o d ern a P rin cíp io s d e Física M o d ern a –– FS4 4 2 0 / N F5 4 2 0 FS4 4 2 0 / N F5 4 2 0 –– P ro fa P ro fa Elia n e Elia n e p h h c h c c E p c. p E = ⇒ = = = = λ λ λ p a ra u m a p a rtícu la : m v h p h = = λ C o m p rim e n to d e o n d a d e d e B ro g lie O rd en s d e g ra n d eza O rd en s d e g ra n d eza B o la d e te n is: v = 2 4 0 k m /h m x x m v h 3 4 3 4 1 0 6 7 0 6 0 , 0 1 0 6 3 , 6 − − ≈ = = = λ n ú cleo a tô m ico ~ 1 0 -1 5 m P rin cíp io s d e Física M o d ern a P rin cíp io s d e Física M o d ern a –– FS4 4 2 0 / N F5 4 2 0 FS4 4 2 0 / N F5 4 2 0 –– P ro fa P ro fa Elia n e Elia n e E lé tro n : v = 6 ,0 x1 0 5 m /s m x x x x x m v h 9 5 3 1 3 4 1 0 2 1 , 1 1 0 0, 6 1 0 1 1 , 9 1 0 6 3 , 6 − − − = = = λ Efeito s o n d u la tó rio s o b servá veis M icro scó p io ó p tico M icro scó p io ó p tico P rin cíp io s d e Física M o d ern a P rin cíp io s d e Física M o d ern a –– FS4 4 2 0 / N F5 4 2 0 FS4 4 2 0 / N F5 4 2 0 –– P ro fa P ro fa Elia n e Elia n e Lu z: λ ~ 3 0 0 a 7 0 0 n m M icro scó p io eletrô n ico d e va rred u ra M icro scó p io eletrô n ico d e va rred u ra a b m e V 2 h = λ E rn e st R u sk a (1 9 3 2 ) - N o b e l : 1 9 8 6 P rin cíp io s d e Física M o d ern a P rin cíp io s d e Física M o d ern a –– FS4 4 2 0 / N F5 4 2 0 FS4 4 2 0 / N F5 4 2 0 –– P ro fa P ro fa Elia n e Elia n e Ó p tico x M EV Ó p tico x M EV P rin cíp io s d e Física M o d ern a P rin cíp io s d e Física M o d ern a –– FS4 4 2 0 / N F5 4 2 0 FS4 4 2 0 / N F5 4 2 0 –– P ro fa P ro fa Elia n e Elia n e M icro scó p io eletrô n ico d e va rred u ra M icro scó p io eletrô n ico d e va rred u ra Tecido cirúrgico P rin cíp io s d e Física M o d ern a P rin cíp io s d e Física M o d ern a –– FS4 4 2 0 / N F5 4 2 0 FS4 4 2 0 / N F5 4 2 0 –– P ro fa P ro fa Elia n e Elia n e M icro scó p io eletrô n ico d e va rred u ra M icro scó p io eletrô n ico d e va rred u ra Z n O p o lím e ro P rin cíp io s d e Física M o d ern a P rin cíp io s d e Física M o d ern a –– FS4 4 2 0 / N F5 4 2 0 FS4 4 2 0 / N F5 4 2 0 –– P ro fa P ro fa Elia n e Elia n e p o lím e ro A u /C M icro scó p io eletrô n ico d e va rred u ra M icro scó p io eletrô n ico d e va rred u ra P rin cíp io s d e Física M o d ern a P rin cíp io s d e Física M o d ern a –– FS4 4 2 0 / N F5 4 2 0 FS4 4 2 0 / N F5 4 2 0 –– P ro fa P ro fa Elia n e Elia n e Fu n çã o d e o n d a Fu n çã o d e o n d a –– ΨΨ P rin cíp io s d e Física M o d ern a P rin cíp io s d e Física M o d ern a –– FS4 4 2 0 / N F5 4 2 0 FS4 4 2 0 / N F5 4 2 0 –– P ro fa P ro fa Elia n e Elia n e P ro b a b ilid a d e d o e lé tro n a tin g ir a te la e m u m a ce rta p o siçã o d a te la D e p e n d e d o e sta d o d o e lé tro n a o a tra v e ssa r a fe n d a F ig u ra d e d ifra çã o = d istrib u içã o e sta tística C a ra cte rística s d e scrita s p o r u m a fu n çã o d e o n d a – ΨΨΨ Ψ (r, t) – e sta d o d a p a rtícu la (e n e rg ia , p o siçã o , v e lo cid a d e , ... ) Eq u a çã o Eq u a çã o d e Sch rö d in g er d e Sch rö d in g er • F u n çã o d e o n d a [ Ψ (x, y, z, t) ] fu n çã o m a te m á tica q u e d e scre ve o e sta d o d a p a rtícu la e sta d o = p o siçã o , e n e rg ia ... = > g ra n d e za s cin e m á tica s e d in â m ica s • F u n çã o D istrib u içã o d e P ro b a b ilid a d e |Ψ (x, y, z, t)| 2 – |Ψ (x, y, z, t)| 2 d V = p ro b a b ilid a d e d e e n co n tra r u m a p a rtícu la d e n tro d e u m vo lu m e d V a o re d o r d o p o n to (x, y, z) n o in sta n te d e te m p o t. P rin cíp io s d e Física M o d ern a P rin cíp io s d e Física M o d ern a –– FS4 4 2 0 / N F5 4 2 0 FS4 4 2 0 / N F5 4 2 0 –– P ro fa P ro fa Elia n e Elia n e vo lu m e d V a o re d o r d o p o n to (x, y, z) n o in sta n te d e te m p o t. • E q u a çã o d e S ch rö d in g e r S o lu çã o = F u n çã o d e o n d a ΨΨΨ Ψ (x , y, z, t) e p o ssíve is va lo re s d a e n e rg ia E d a p a rtícu la Ψ = Ψ Ψ = Ψ + Ψ − E t i E U x m∂ ∂ ∂ ∂ h h 2 2 2 2 N o b e l : 1 9 3 3 Su g estõ es d e Leitu ra Su g estõ es d e Leitu ra O s liv ro s a b a ixo a p re se n ta m u m a a b o rd a g e m b a sta n te in te re ssa n te e co n ce itu a l d o s tó p ico s a q u i a b o rd a d o s. 1 . P ires, A n to n io S. T., Evo lu çã o d a s id éia s d a física , 2 a . ed ., Sã o P a u lo : Livra ria d a Física , 2 0 1 1 . (ca p s. 1 2 , 1 3 e 1 4 ) 2 . O liveira , Iva n S., Física M o d ern a p a ra in icia d o s, in teressa d o s e a ficio n a d o s, 2 a . ed ., Sã o P a u lo : Livra ria d a Física , 2 0 1 0 . (ca p s. 3 e 4 ) 3 . C h esm a n , C a rlo s, et. a l, Física M o d ern a exp erim en ta l e a p lica d a , 1 a . ed ., Sã o P a u lo : Livra ria d a Física , 2 0 0 4 . (ca p s. 5 , 6 e 7 ) P rin cíp io s d e Física M o d ern a P rin cíp io s d e Física M o d ern a –– FS4 4 2 0 / N F5 4 2 0 FS4 4 2 0 / N F5 4 2 0 –– P ro fa P ro fa Elia n e Elia n e h ttp ://m u se o v irtu a l.csic.e s/sa la s/lu z/lu z2 7 .h tm d a ta a ce sso : 0 1 /0 2 /2 0 1 2 h ttp ://t0 .g sta tic.co m /im a g e s? q = tb n :A N d 9 G cT C 0 D Z j2 2 h E -s4 o H A y T h b Q jx2 O Y 7 Ip G K rE 5 M O U C J1 v JV T h -S C 8 j d a ta a ce sso : 0 1 /0 2 /2 0 1 2 h ttp ://w ik i.sto a .u sp .b r/Fa p 0 4 5 9 /te xto s/g ru p o _ A le xA n d re /G re g o ri/D ie g o /C ló v is d a ta a ce sso : 0 1 /0 2 /2 0 1 2 h ttp ://w w w .scie lo .o rg .a r/scie lo .p h p ? p id = S 1 8 5 3 -0 4 0 0 2 0 1 0 0 0 0 2 0 0 0 0 8 & scrip t= sci_ a rtte xt d a ta a ce sso : 0 9 /0 4 /2 0 1 3 R e fe rê n cia s d a s fig u ra s R e fe rê n cia s d a s fig u ra s