Física Moderna I - Propriedades Corpusculares da Radiação Aplicações – a célula fotoelétrica Julius Elster (1854-1920) e Hans Friedrich Geitel (1855- 1923)

Física Moderna I - Propriedades Corpusculares da Radiação

Aplicações – a célula fotoelétrica

Julius Elster (1854-1920) e Hans Friedrich Geitel (1855-1923) observaram que algumas ligas metálicas produziam o efeito também com luz visível.

A partir desta descoberta, ambos desenvolveram a primeira fotocélula.

Fotomultiplicadora

Célula Fotoelétrica em

miniatura (13x32x20 mm)

A RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA

4. LUZ – Comportamento Corpuscular


As conseqüências: o Modelo de Einstein para a Luz

Em 1905, Albert Einstein (1879-1955) apresentou sua teoria para explicar o Efeito Fotoelétrico, mantendo o comportamento corpuscular para a luz.

Albert Einstein (1879- 1955)

Prêmio Nobel de Física em 1921 por “Trabalhos em Física Teórica e, em especial, sobre o efeito fotoelétrico”.




O Fóton e a Dualidade Onda-Partícula

FÓTON

Característica Ondulatória(Função de Onda)

Característica Corpuscular(Energia)

hE

txkBitxB

txkEtxE

P

P

cosˆˆ,

cosˆ,

0

0

+




Outros efeitos corpusculares da luz – Efeito Compton

Prêmio Nobel de Física em 1927 - Descoberta do efeito que leva o seu nome - Efeito Compton.

Arthur Holly Compton

(1892-1962)

Em 1923, Arthur Holly Compton (1892-1962), na Universidade Washington, em Saint Louis, fez com que um feixe de Raios X, de comprimento de onda λ, incidisse sobre um alvo de grafite T.




Paul Adrian Maurice Dirac

1902- 1984

A anti-matéria foi proposta por Paul Adrian Maurice Dirac (1902-1984).

O conceito por trás do processo conhecido como produção de pares é a existência da anti-matéria.

Para termos uma leve idéia da capacidade intelectual de Dirac, basta a informação que ele se formou em engenharia (1921) e em matemática (1923).

Outros efeitos corpusculares da luz – Produção de pares




A Determinação Experimental da Existência do Pósitron

A partir das previsões feitas por Dirac, muitos pesquisadores experimentais se dedicaram na tentativa de encontrar o PÓSITRON.

O primeiro a obter sucesso nesta empreitada foi Carl David Anderson (1905-1991).

Carl David Anderson 1905- 1991

Carl David Anderson, Prêmio Nobel de 1936, “pela descoberta do pósitron”.




A Determinação Experimental da Existência do Pósitron

Abaixo mostramos uma fotografia feita também por Anderson no topo de uma montanha do Colorado (USA).

A fotografia mostra a criação de um chuveiro de 3 pares de elétrons e pósitrons.

A criação destes pares elétrons-pósitrons foi obtida a partir de raios cósmicos.




A produção de pares ocorre somente quando fótons passam próximos a núcleos de elevado número atômico.

O Fenômeno da Produção de Pares: o processo

Nesse caso, a radiação interage com o núcleo e desaparece, dando origem a um par elétron-pósitron.




Produção e Aniquilação de Pares: aplicações – tomografia por emissão de pósitrons

Abaixo mostramos um esquema de funcionamento de um tomógrafo por emissão de pósitrons – PET (Positron Emission Tomography), ao lado de um exemplo desta tomografia.




Foi Wilhelm Conrad Röntgen (1845-1923) quem, em 8 de Novembro de 1895, descobriu e batizou os Raios-X, além de ter feito a primeira radiografia da História.

Radiografia da mão da esposa de Röntgen, Anna Bertha Ludwig.

Wilhelm Röntegen 1845- 1923

Outros efeitos corpusculares da luz – Produção de Raios-X




Produção de Raios-X: um pouco de história

Isto indicava que a energia atravessava facilmente os objetos, e se comportava como a luz visível.

Após exaustivas experiências com objetos inanimados, Röntgen resolveu pedir para sua esposa pôr a mão entre o dispositivo e o papel fotográfico.




Produção de Raios-X: descoberta dos efeitos danosos

Já em 1896 com a descoberta dos Raios-X, Röntgen descobriu que isso sem proteção causava vermelhidão da pele, ulcerações e empolamento dos tecidos vivos.

Em casos mais graves de exposição este efeito poderá causar sérias lesões cancerígenas, morte das células e leucemia.

A exposição excessiva aos Raios-X fez Röntgen morrer em 1923.




Produção de Raios-X – um pouco de história

Röntgen foi o primeiro ganhador do Prêmio Nobel de Física, exatamente pela descoberta dos Raios-X.

Wilhelm Röntegen 1845- 1923

Wilhelm Röntgen, Prêmio Nobel de 1901, “pela descoberta dos Raios-X”.

Röntgen publicou o artigo original sobre os Raios-X 50 dias depois de sua descoberta.




Produção de Raios-X

Estes elétrons são acelerados por uma grande diferença de potencial e atingem o ânodo.

O tubo possui um cátodo incandescente que gera um fluxo de elétrons de alta energia.





Ao serem acelerados, os elétrons ganham energia e são direcionados contra um alvo (ânodo).

Ao atingir o alvo (ânodo), os elétrons são bruscamente freados, perdendo uma parte da energia adquirida durante a aceleração.





A brusca desaceleração de uma carga elétrica gera a emissão de um pulso de radiação eletromagnética.

A este efeito dá-se o nome de Bremsstrahlung, que em português significa radiação de freamento.





Abaixo mostramos o esquema experimental para produção de Raios-X.




Produção de Raios-X: exemplo de um espectro contínuo

Abaixo mostramos o espectro de emissão de Raios-X usando alvo fixo de tungstênio.




Produção de Raios-X: exemplo de emissão de linhas

Abaixo mostramos o espectro característico de emissão de Raios-X usando alvo de molibdênio.

As linhas Kalfa e Kbeta são devidas ao ânodo de molibdênio.

Estas linhas são tipicamente monocromáticas, e são usadas quando se deseja incidir um comprimento de onda específico sobre a matéria.

K: = 0,0707 nm K: = 0,0631 nm




1. Introdução

2. A Natureza da Luz

3. Luz – Comportamento Ondulatório

4. Luz – Comportamento Corpuscular

5. O Espectro da Radiação Eletromagnética

6. Aplicações da Radiação Eletromagnética – Geral

7. Aplicações da Radiação Eletromagnética – Infravermelho, Luz Visível, e Ultravioleta



Propriedades da Onda Eletromagnética

5. O ESPECTRO DA RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA

A onda eletromagnética é caracterizada por quatro propriedades:

a) Amplitude

b) Comprimento de Onda ou Freqüência

c) Velocidade

d) Fase



Amplitude


A amplitude está associada à potência.



Comprimento de Onda


O comprimento de onda está associado à energia.

ch

fhE



Velocidade


A onda eletromagnética, quando se propaga no vácuo, viaja à velocidade da luz c = 3,0108 m/s.



Espectro Eletromagnético








1. Introdução










6. APLICAÇÕES DA RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA



1. Introdução











7. APLICAÇÕES DA RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA

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