Física quântica - Origem

 

A origem da Física quântica

História: 

 A origem da Física quântica começou em base desde que Planck revelou a comunidade física a sua teoria a cerca do Quantum /Corpo negro ( no qual ele afirma que a energia não e continua e sim enviada em pacotes), que surpreendeu ate o próprio, e fez Einstein explicar o Quantum na própria luz.

Efeito Fotoeléctrico

Após isso, a Física passou por um Estado de epifania. 

Em 16 anos  houve enormes transformações – e o jovem Bohr criou , usando a teoria Quântica de Planck e a figuração de Rutherford , uma nova figuração da estrutura do Átomo.

 Essa figuração de Bohr mostra que electrões em órbita não descreviam movimento em espiral em direcção ao núcleo. Isto contradizia tudo que se conhecia de electricidade e magnetismo, mas adaptava-se a como as coisas aconteciam.

Nisso saem duas leis - os electrões podem girar em órbita somente a determinadas distâncias permitidas do núcleo e um átomo irradia energia quando um electrão salta de uma órbita de maior energia para uma de menor energia.

 Extremamente eficiente, mas Audacioso... Outro cientista Louis de Broglie – com sua proposta de doutorado – assustou muita gente- trazendo que não só a luz tem o comportamento dual de partícula/ onda mas matéria também , então não poderia ambas ser comparada/ trabalhadas na física clássica. Em modos grosseiros , não dava mais pra comparar o átomo com uma bola de bilhar.

Então em 2 anos após esses abalos – a Mecânica quântica estava criada - Capaz de prever comportamentos de átomos sem invocar imagens de física clássica como bolinhas e esquemas do sistema solar.

 Nesse intervalo Heisenberg apresentou sua notável “mecânica matricial” na qual havia apenas números descrevendo transições de electrões em átomos.

A mecânica de Heisenberg representava um modo completamente novo de descrever os fenómenos físicos.

 E um método aparentemente diferente de se estudar o comportamento dos átomos apareceu, a chamada “mecânica ondulatória”, proposta pelo austríaco Erwin Schrödinger.

As equações feitas por Schrödinger descrevem a trajectória Subatômicas e microscópica – e constituem quase todo conhecimento da área microscópica.

Sem estas equações, os físicos teriam sido incapazes de planear centrais nucleares (e os físicos teriam sido incapazes de planear centrais nucleares (e bombas nucleares), construir lasers ou explicar por que razão o sol se mantém quente.

Sem Mecânica Quântica a Química ainda estaria na Idade Média e a Biologia Molecular - conhecimento do DNA, engenharia genética, e tudo o resto - não existiria).

Dado ao sucesso da teoria Quântica, os físicos tiveram que lidar com um novo mundo e uma vasta gama de conhecimentos obtidos com isso

Mecânica Quântica

O veículo de quase todo o nosso conhecimento da estrutura da matéria: a mecânica quântica(MQ).

É ela que nos fornece os recursos teóricos para descrever o comportamento fundamental das moléculas, átomos e partículas Subatômicas, assim como da luz e outras formas de radiação.

 Pode-se afirmar com segurança que a MQ é a teoria científica mais abrangente, precisa e útil de todos os tempos.

A mecânica quântica é baseada em vários postulados e axiomas, mas o que interessa a nós são alguns efeitos e princípios que encaminharam a mecânica quântica.

A Teoria do Corpo negro ou Quanta ( tirada do livro física 3 – Ramalho, Nicolau e Toledo)

Há tempos que desejava se encontrar a lei que relacionasse com a temperatura e o comprimento da onda a quantidade de energia irradiada pelos corpos aquecidos ou corpos negros. Antes de explicar o processo quanta , um corpo negro

É um objecto que absorve toda luz que o atinge: nenhuma luz o atravessa nem é reflectida e produzem radiação electromagnética tal como luz. Um negro pode ser definido como corpo que absorve toda a radiação que nele incide ou corpo que, para uma dada temperatura, emite a quantidade máxima possível de radiação térmica.

 Todas as tentativas de explicar o processo falharam – até que o físico alemão Max Planck. Em 1900 formulou a teoria do Quanta. Para explicar a natureza da radiação electromagnética, emitida pela superfície de um corpo negro – ele apresentou a hipótese:

Um electrão, oscilando com frequência f, emite (ou absorve) uma onda electromagnética de igual frequência, porem a energia não e emitida (ou absorvida), continuamente.

Portanto, Plank considerou que a energia radiante não e emitida (ou absorvida) de modo contínuo, como imaginamos, mas sim em porções descontínuas, “ partículas” que transportam, cada qual, uma quantidade de energia W bem definida.

 Essas “partículas” de energia foram denominadas Fotões. A energia Wde cada fotão e denominada Quantum (no plural – Quanta).

O quantum W de energia radiante de frequência f e dado por:     W = hf

Sendo que h = 6.62*10^-34 j*s

É uma constante de proporcionalidade denominada constante de Planck que, desde então, tem se mostrando ser uma constante fundamental da física moderna. 

A equação anterior traduz a hipótese de Planck: Um electrão emite (absorve) um quantum W= hf ou nada.

O Efeito fotoeléctrico (tirado do livro física 3 – Ramalho, Toledo) não ficou suficientemente explicado pela física clássica até que Einstein, em 1905, desenvolveu uma teoria – Efeito Fotoeléctrico.

Levando em conta a Quantificação da energia, Einstein propôs, que no efeito fotoeléctrico, o fotão da radiação incidente, ao atingir o metal, e completamente absorvido por um electrão, cedendo-lhe sua energia hf.

 Essa interacção acontece instantaneamente, semelhante a colisão de duas partículas. Ficando então o electrão com energia sobressalente hf.

 Essa teoria sugere que a luz e comporta por partículas, os fotão, e que podem ser absorvidos pelo metal cada um por vez, sendo assim não existindo fracção de fotão.

 Essas afirmações são baseadas na teoria de Planck, a Teoria do Corpo negro, sendo que com isso, Einstein explicou correctamente que a energia do electrão deve aumentar com a frequência e não tem nada a ver com a intensidade da radiação.

Referências:

 [1] Universo Inflacionário - www.astro.ufrgs.br (http:/ / www. astro. ufrgs. br/ univ/ )

[2] Era Inflacionária - www.on.br (http:/ / www. on. br/ site_edu_dist_2006/ pdf/ modulo5/ era_inflacionaria. pdf)

[3] e.g. Shapin, Steven. The Scientific Revolution. [S.l.]: University of Chicago Press, 1996.

 [4] Dirac, P.A.M.. Quantum mechanics of many-electron systems. [S.l.: s.n.], 1929. vol. 123. 

[5] Faraday, M.. Experimental Researches in Electricity. Twenty-Fourth Series. On the Possible Relation of Gravity to Electricity. [S.l.: s.n.], 1850. pp. 994-995. vol. 5.