Física Moderna I - Propriedades Corpusculares da Radiação UM ESPECTRO DE ENERGIA RONDA A HUMANIDADE SENAI – 14/04/2011 José Fernando Fragalli Departamento

Física Moderna I - Propriedades Corpusculares da Radiação

UM ESPECTRO DE ENERGIA RONDA A HUMANIDADE

SENAI – 14/04/2011José Fernando Fragalli

Departamento de Física – Udesc/Joinville


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

A RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA


A LUZ VISÍVEL – apenas um pedaço do espectro...

1. INTRODUÇÃO

De todo o espectro eletromagnético, a luz visível é o primeiro contato que o ser humano tem com a radiação.



LUZ e COR – tudo a ver...

1. INTRODUÇÃO

A luz é composta de várias cores...


Só conseguimos enxergar as cores quando existe luz...


Como o ser humano “vê” a luz?

1. INTRODUÇÃO

O “olhar” do ser humano sobre a luz modificou-se desde as primeiras concepções sobre ela, até os dias atuais.



1. Introdução









Como a ciência vê a luz: idéias filosóficas

Em meio ao texto* do De Rerum Natura ele apresenta a idéia filosófica que a luz seria composta de pequenas partículas.

Lucrécio (99-55 AC)

*http://onlinebooks.library.upenn.edu/webbin/gutbook/lookup?

num=785.

Frontispício do De Rerum

Natura


2. A NATUREZA DA LUZ – uma visão histórica


Como a ciência vê a luz: idéias filosóficas

De Rerum Natura é um poema didático, dividido em seis livros.

Neste poema Lucrécio proclama a realidade do homem em um Universo sem deuses e tenta libertá-lo de seu temos da morte.

Propõe que a substância é eterna, e que os átomos movem-se em um infinito vazio.

Por isso, Lucrécio é considerado um atomista, seguidor das idéias de Demócrito.




Primeiras idéias científicas – Newton

No Século XVI, uma teoria corpuscular se consolidou como um conjunto de idéias capaz de explicar os fenômenos ópticos conhecidos à época (refração, reflexão e dispersão).

Isaac Newton (1643-1727)





Em seu livro Opticks (Óptica) Isaac Newton (1640-1727) discutiu implicitamente a natureza da luz, sem apresentar uma defesa ardorosa de sua teoria.

Estátua de Isaac Newton no Trinity College (Cambridge – Londres)

Sepultura de Isaac Newton – Abadia de

Westminster

Frontispício do Opticks





Nos seus trabalhos publicados e não publicados Newton discutiu implicitamente a natureza física da luz, fornecendo alguns argumentos a favor da materialidade da luz.

Os trabalhos citados acima são os artigos “Nova Teoria sobre Luz e Cores*, “Hipótese da Luz”, Discurso sobre as Observações” e o livro Opticks.

*Silva, C. & Martins R. "Nova teoria sobre luz e cores: uma tradução comentada", Revista Brasileira de Ensino de Física18(4): 313-27, 1996.





Apesar de ser conhecido como o grande defensor da teoria corpuscular, Newton nunca discutiu em detalhes o assunto, sendo sempre cauteloso ao abordá-lo.

A razão desse comportamento seria as críticas recebidas sobre o artigo "Nova teoria sobre a luz e cores" de 1672, advindas principalmente de Robert Hooke e Christian Huygens.

Christian Huygens

(1629-1695)

Robert Hooke(1635-1702)




Uma outra idéia sobre a luz – Huygens

No Século XVII, Christian Huygens (1629-1695) formulou a teoria que a luz era um fenômeno ondulatório.

Christian Huygens

(1629-1695)

Em 1678 Huygens escreveu o livro Traitbe de la Lumiaere (Tratado sobre a Luz), no qual argumentou em favor de um modelo ondulatório da luz.

Frontispício do Traité de la

Lumière




Através do conceito de frentes de onda, esta teoria deu uma nova e mais completa explicação para os fenômenos da reflexão.





Através do conceito de frentes de onda, esta teoria deu uma nova e mais completa explicação para os fenômenos da refração.





Experimentos Básicos – Grimaldi

Francesco Maria Grimaldi (1618-1663) observou os efeitos de difração, mas o significado de suas observações não foi compreendida naquela época.

Francesco Grimaldi

(1618-1663)




O resultado de suas observações foi publicado postumamente em 1665 no livro “Physico Mathesis de Lumine, Coloribus, et Iride”.

Em português o título do livro é “Teses Físicas da Luz, Cor e Visão”.

Frontispício do Physico Mathesis de Lumine,

Coloribus et Iride

Experimentos Básicos – Grimaldi




No início do Século XIX, Thomas Young (1773-1829) fez alguns experimentos com a luz.

Thomas Young(1773-1829)

Experimentos Básicos – Young




Augustin Fresnel(1788-1827)

Augustin Fresnel (1788-1827) também fez alguns experimentos com a luz.

Lente de Fresnel na ilha de Kullens – Suécia



Experimentos Básicos – Fresnel


1. Introdução









Fenômenos ondulatórios: reflexão, refração e polarização

Todos os experimentos até agora podem ser compreendidos tratando a luz como tendo comportamento ondulatório.


3. LUZ – Comportamento Ondulatório


Logo, a conclusão a que chegamos é que é possível descrever a luz a partir de um comportamento puramente ondulatório.



Fenômenos ondulatórios: interferência e dispersão


A velocidade da luz em outros meios

Em 1850, Jean Bernard Léon Foucault (1819-1868) descobriu que a luz de deslocava mais rápido no ar do que na água.

Este resultado contrariava a teoria corpuscular de Newton.

Jean Foucault(1819-1868)




Definitivamente, a luz se comporta como onda

James Maxwell(1819-1868)

Na segunda metade do Século XIX, James Clerk Maxwell (1831-1879) provou que a velocidade de propagação de uma onda eletromagnética no espaço equivalia à velocidade de propagação da luz.




É mesmo uma onda....

Nas palavras de Maxwell, “a luz é uma “modalidade de energia radiante” que se “propaga” através de ondas eletromagnéticas”.

Maxwell apresentou seus resultados no livro “A Treatise on Electricity and Magnetism”, publicado em 1873.




Produção de Ondas Eletromagnéticas

Heinrich Rudolf Hertz (1857-1894)

Busto no campus da Universidade de Karlsruhe. Tradução: Neste local descobriu Heinrich Hertz as ondas eletromagnéticas nos anos 1885 — 1889

Heinrich Hertz (1857-1894) demonstrou de forma experimental a existência da radiação eletromagnética criando aparelhos emissores e detectores de ondas de rádio.




Produção e Recepção de Ondas Eletromagnéticas

Oscilador de Hertz Rádio Receptor




1. Introdução









A Descoberta de Hertz

Hertz notou que a centelha elétrica entre o anodo e o catodo acontecia mais facilmente quando o cátodo (o pólo negativo) era exposto à luz ultravioleta.

Em 1887 Hertz obteve a primeira evidência da relação da luz com fenômenos elétricos.


4. LUZ – Comportamento Corpuscular

O Efeito Fotoelétrico


Resultados melhorados de Hallwachs

Em 1888 Wilhelm Ludwig Franz Hallwachs (1859-1822) deu prosseguimento aos experimentos de Hertz.

Desenho original no artigo de Hallwachs Wilheim

Hallwachs(1850-1920)


4. LUZ – Comportamento Corpuscular

Documents

Física Moderna I - Propriedades Corpusculares da Radiação UM ESPECTRO DE ENERGIA RONDA A HUMANIDADE SENAI – 14/04/2011 José Fernando Fragalli Departamento