Parte I-Fisica moderna-fundamentos

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ESCOLA SECUNDÁRIA DOMINGOS REBELO Programa Formativo de Inserção de Jovens – IV

Curso de Técnico de Análise Laboratorial

Disciplina de Física e Química

Unidade de formação de Física Moderna - fundamentos

Disciplina de Física e Química Física moderna – fundamentos

Professora: PMargarida Cabral

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 Reconhece as teorias clássicas da física que deram origem à física atual;

 Identifica os conceitos clássicos da física e as respetivas aplicações à tecnologia moderna;

 Reconhece os conceitos fundamentais da física moderna.  Descreve os principais fenómenos e ideias que conduziram à

física dos nossos dias.

Resultados de aprendizagem:

Programa Formativo de Inserção de Jovens – IV Curso de Técnico de Análise Laboratorial

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Descoberta da estrutura do átomo

 Transporte de energia em grandes distâncias  Feixes de partículas

 Ondas

 Características físicas de uma partícula  Características físicas de uma onda

 Espetros de emissão de radiação eletromagnética  Distribuição de energia contínua

 Distribuição de energia discreta (espetros de riscas)

CONTEÚDOS:

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Descoberta da estrutura do átomo

 Descobertas fundamentais que conduziram à elaboração da nova física

 Eletrões  Núcleo positivo

 Eletrões orbitam em torno do núcleo  Teoria de Bohr (átomo de hidrogénio)

CONTEÚDOS:

Sombra e penumbra A cor e a forma… A radiação usada A radiação usada na confeção de

LUZ

“Sem luz não existiria a relação íntima

entre sujeito observador e objeto

observado

que

é

essencial

à

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“Foi Galileu quem primeiro se lembrou de virar uma luneta para o céu, para ver melhor a luz que vem de longe, dos planetas e das estrelas.”

http://www.cienciahoje.pt

Física e Química – Física moderna - fundamentos 7

1. Reconhece as teoriass clássicas da física que deram origem à física atual.

2. Identifica os conceitos clássicos da física e as respetivas aplicações à tecnologia moderna.

3. Reconhece os conceitos fundamentais da física moderna.

4. Descreve os principais fenómenos e ideias que conduziram à física dos nossos dias.

5. Enuncia os conceitos essenciais de física nuclear.

Corpo que produz ou tem luz própria

Corpo luminoso

Corpo que não possui luz própria

Corpo iluminado

Ausência de luz visível Escuridão e sombra

Nascer do Sol (Nordeste)

http://www.azoreantours.com/pt/fotografias/?cat=18

http://seabottomazores.wordpress.com/our-tours-os-nossos-passeios/#jp-carousel-48

Pôr do Sol (Mosteiros)

Fontes luminosas Naturais Artificiais Luz Objectos Comunicar Transparentes (deixam-se atravessar pela luz) Translúcidos (deixam-se atravessar parcialmente pela luz)

Opacos (não se deixam atravessar pela luz) Ondas

electromagnéticas

Energia

Características das ondas eletromagnéticas • Comprimento de onda ()

• Amplitude de vibração (A) • Frequência () • Período de vibração (T) • Velocidade (v)

Transportam energia e transferem-na

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Características das ondas eletromagnéticas • Transversais

• Propagam-se nos meios materiais e no vazio • 𝐯𝐯𝐚𝐳𝐢𝐨= 𝟑 × 𝟏𝟎𝟖 𝐦/𝐬

• Conjunto das várias radiações electromagnéticas.

Homem e chama no Infravermelho (imagem do Infrared Processing and Anaysis Center at California Institute of Technology).

A imagem tem um código de cores para mostrar as diferenças de temperatura.

http://www.acorianooriental.pt/noticia/vinte-regioes-do-pais-com-risco-muito-alto-de-exposicao-a-radiacao-uv Física e Química – Física moderna - fundamentos 16

• A radiação UV é muito utilizada em esterilização devido ao seu efeito bactericida.

• Algumas substâncias, ao serem expostas a radiação UV, tornam-se fluorescentes, isto é, emitem luz visível.

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A Luz solar é uma luz branca policromática, ou seja, constituída por radiações de diferentes cores:

Vermelho Laranja Amarelo verde Azul Anil Violeta

As radiações constituídas por uma única cor, designam-se por monocromáticas.

Espetro visível da luz branca 400 nm <  <700 nm

Aumento do comprimento de onda Aumento da frequência

Aumento da energia

Propriedades da luz:

– propaga-se em linha recta; – tem uma velocidade definida de

propagação (cerca de 3x108_m/s

no vazio);

– energia luminosa pode ser absorvida total ou parcialmente quando atravessa um meio material;

– energia luminosa conserva-se desde que não encontre nenhum

meio que a absorva. Triângulo da visão Modelo físico que representa

o mecanismo de visão.

Fonte

Corpo Receptor

Representação da propagação da luz em linha recta Raio luminoso Feixe luminoso (conjunto de raios luminosos) Fonte Corpo Receptor

• Espectro Eletromagnético

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• Espectro Eletromagnético

• A energia radiante não é emitida (ou absorvida) de modo contínuo, mas sim em porções descontínuas, “partículas” que transportam, cada qual, uma quantidade de energia E bem definida (fotões).

• E = hf

o E = energia de cada fotão = quantum (no plural quanta)

o f = frequência

o h = constante de Planck = 6,63 × 10−34 J.s

Características do fotão

• Einstein atribuiu ao fotão as seguintes características: • Massa nula;

• Carga elétrica nula;

• Velocidade do fotão no vazio = velocidade da luz no vazio;

• A energia é dada pela expressão de Planck, E=hf.

A luz é uma onda ou um fluxo de fotões?

• A descrição completa da luz necessita do recurso ao modelo corpuscular e ao modelo ondulatório. • Em alguns fenómenos é o aspeto ondulatório

(reflexão e difração da luz que se manifesta e, noutros, é o aspeto corpuscular (propriedades da luz emitida por um objeto em função da sua temperatura e efeito fotoelétrico).

• Espetroscópio

Instrumento ótico através do qual se obtêm e observam os espetros; constituído por três unidades fundamentais: um prisma, localizado no centro; um tubo oco com uma fenda e um recetor.

• Espectro de emissão

O espetro solar e os espetros resultantes da emissão de luz por corpos incandescentes denominam-se espetros de emissão.

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• Espectro de emissão

Os espetros de emissão podem ser:

• contínuos (constituídos por uma gama contínua de energias de radiações);

• descontínuos (ou de riscas) quando apresentam somente certos valores de energia.

• Espectro de emissão

O espetro contínuo emitido por um filamento aquecido de uma lâmpada varia com a temperatura do corpo emissor.

• Espectro de emissão

Cada elemento tem um espetro de emissão próprio que permite identificá-lo. Não há dois elementos diferentes com iguais espetros de emissão.

• Espectro de absorção

Se alguma das radiações for absorvida no trajeto entre a fonte luminosa e a entrada do detetor

(espetroscópio), obtém-se um espetro de

absorção.

As riscas negras no espetro de absorção da luz solar (Riscas de Fraunhofer) correspondem a radiações que foram absorvidas na atmosfera solar ou na atmosfera terestre.

Para cada substância elementar, as riscas coloridas

dos espetros de emissão são coincidentes com as

riscas negras nos correspondentes espetros de absorção, têm a mesma posição no espetro, ou seja, têm a mesma energia e o mesmo comprimento de onda.

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O espetro de emissão e o de absorção são uma característica de um elemento; funcionam como a sua impressão digital.

1. Espetro de emissão da estrela A. 2. Espetro de emissão da nuvem gasosa B.

3. Espetro de absorção da radiação estelar pela nuvem gasosa B.

A

Interação entre a radiação e os metais - efeito fotoelétrico Se uma radiação incide

sobre uma placa metálica com uma energia suficiente para remover os eletrões desse metal, ocorre o efeito fotoelétrico. Para ocorrer o efeito fotoelétrico é necessário que:

Erad inc ≥ Erem

< + n=1 n=2 n=3 n= Erem Erad inc

Erad inc = Erem + Ec

Quantização de energia do átomo

Grandeza quantificada ou quantizada

Grandeza que só pode tomar determinados valores, mas não valores intermédios.

A quantização de energia do átomo implica níveis de energia bem determinados para os seus eletrões.

Quantização de energia do átomo

• Quando os eletrões retornam a órbitas mais perto do núcleo (com menor valor de energia), os átomos emitem energia.

Quantização de energia do átomo

• Quando os átomos recebem energia, os eletrões passam a ocupar órbitas mais afastadas do núcleo.

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Física e Química – Física moderna - fundamentos 43 E_n=−2,18 × 10−18

n2 J

• Bohr estabeleceu um expressão que permite calcular a energia em função do número quântico principal, n, que caracteriza cada orbita.

Quantização de energia do átomo

Física e Química – Física moderna - fundamentos 44 En=

−2,18 × 10−18

n2 J

Estado fundamental Estado de menor energia

Quantização de energia do átomo

Física e Química – Física moderna - fundamentos 45 • Quando se fornece

energia a um átomo ele excita-se. • Quando volta ao

estado fundamental emite energia sob a forma de radiação

Quantização de energia do átomo

Física e Química – Física moderna - fundamentos 46 E_n=−2,18 × 10−18

n2 J

Um eletrão de um átomo só pode transitar de um nível de energia para outro se absorver ou emitir um fotão de energia igual ao valor da diferença de energia dos níveis considerados:

𝐄𝐟𝐨𝐭ã𝐨= ∆𝐄 = 𝐄𝐟− 𝐄𝐢

Quantização de energia do átomo

http://slideplayer.com.br/slide/1622566/ http://www.tecnoedu.com/Pasco/SE9460_8.php

Quantização de energia do átomo

http://slideplayer.com.br/slide/1622566/ Radiações emitidas pelos átomos

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Física e Química – Física moderna - fundamentos 49 http://slideplayer.com.br/slide/1622566/ Espetro apresenta riscas bem

definidas correspondnetes à emissão de radiações eletromagnéticas.

Física e Química – Física moderna - fundamentos 50 Cada risca corresponde à emissão de fotões com determinada energia emitida na desexcitação dos átomos de hidrogénio que tinham sido excitados previamente pela descarga elétrica.

Física e Química – Física moderna - fundamentos 51 A diminuição de energia de um eletrão – transição eletrónica- corresponde à emissão de um fotão com essa energia.

Quantização de energia do átomo

Conjunto de radiações emitidas por um átomo quando os seus eletrões transitam (de níveis energéticos mais elevados) para um mesmo nível de energia inferior.

Série espetral de riscas no espetro eletromagnético de emissão

Quantização de energia do átomo

Série espetral na zona do ultravioleta

Série espetral na zona do infravermelho Série espetral na zona do visível

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