MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL DE RORAIMA PRÓ-REITORIA DE ENSINO E GRADUAÇÃO DEPARTAMENTO DE FÍSICA

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MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO

UNIVERSIDADE FEDERAL DE RORAIMA

PRÓ-REITORIA DE ENSINO E GRADUAÇÃO

DEPARTAMENTO DE FÍSICA

CENTRO/INSTITUTO: Centro de Ciências e Tecnologia CURSO: Licenciatura em Física

DISCIPLINA: Laboratórios de Física Moderna CÓDIGO: FI 24

Categoria Obrigatória ( X ) Eletiva ( ) Optativa Livre ( ) Semestre Modalidade Presencial ( X ) Semi-Presencial ( ) A distância ( )

Carga Horaria Pré-Requisito

Total Teórica Prática FI 18

45 0 45

EMENTA

Serão desenvolvidas atividades experimentais que versarão acerca de alguns fenômenos físicos, os quais fazem parte importante do desenvolvimento da Física Moderna, e que foram estudados entre finais do século XIX e a primeira metade do século XX. Dentre os inúmeros fenômenos que formam parte da Física Moderna, atualmente apenas os seguintes experimentos podem ser oferecidos aos estudantes: Constante de Planck; Lei de Stefan-Boltzmann; Interferômetro de Michelson; Experimento de Franck-Hertz; Experimento de Millikan. Experimento de Coulumb, Interferômetro de Fabrit-Perot, Interferômetro de wyman-Green, velocidade da luz, Balança de Torção, Experimento de efeito fotoelétrico, razão entre a carga do e a massa do elétron, Experimento de difusão com câmara de nuvem, Experimento de raias espectrais com um espectrômetro-goniômetro e experimentos com micro-ondas ótico

BIBLIOGRAFIA RECOMENDADA Básica

Guia de Experimentos para a disciplina Laboratório de Física Moderna, S. Legoas, 2013.

Complementar Constante de Planck

[1] ALFONSO-GOLDFARB, Ana Maria. O que é História da Ciência. São Paulo, Brasiliense, 1995.

[2] CAVALCANTE M. A.: O Ensino de uma Nova Física e o Exercício da Cidadania, - Revista Brasileira de Ensino de Física vol.21 n.o 4, Dezembro 1999 – pp.550-551.

[3] CAVALCANTE, M. A e DI BENEDETTO A.: Instrumentação em Física Moderna para o Ensino Médio: Uma nova técnica para a análise quantitativa de espectros. Revista Brasileira de Ensino de Física, vol.21, no. 4, Setembro de 1999, pp. 437 a 446.

[4] CAVALCANTE M. A. ; JARDIM V. ; BARROS A. A. J. : Inserção de Física Moderna no Ensino Médio: Difração de um feixe de laser. - Caderno Catarinense de Ensino de Física; vol. 16, no. 2, Agosto de 1999, pp. 154 a 168.

[5] CHRISTIAN Noldeke: Compact disc diffraction. Phys. Teach., Vol. 28, No. 7, October 1990, Pages 484 – 485.

[6] COLUSSI C. V.; CANSIAN M. A.: “Rede de difração holográfica: Uma opção eficiente de baixo custo” – Revista Brasileira de Ensino da Física, vol. 17, no. 3 (1995).

[7] HAYM Kruglak: Diffraction demonstration with a compact disc. Phys. Teach., vol. 31, no. 2, February 1993, pp. 104 – 104.

[8] HEISEMBERG, W., Física e Filosofia. Brasília. Ed.UNB, 1987.

[9] JAMES E. Ketler, The compact disk as a diffraction grating. Am. J. Phys., vol. 59, no. 4, April 1991, pp. 367 – 368.

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CENTRO/INSTITUTO: Centro de Ciências e Tecnologia

[10] KALINOWSKI, H.J. GARCIA, N. M. D. “Uma alternativa econômica para rede de difração no laboratório de ensino”- Caderno Catarinense de Ensino de Física, no.7, vol. 1, pp. 64 à 72 (1990).

[11] NEWTON, I. Principia. São Paulo, EDUSP/Nova Stella, 1990. Lei de Stefan-Boltzmann [1] P.S. Guimarães, Rev. Bras. Ens. Fís. 21, 291 (1999).

[2] CREF, Centro de Referência para o Ensino de Física, IF-UFRGS, experimentação remota. Disponível em http://cref.if.ufrgs.br/hp/ler/experimentocorponegro/ index.html.

[3] Manual de Experimentos da PHYWE - Experimento Verificação da Lei de Stefan-Boltzmann.

[4] Table of Integrals, Series, and Products; I. S. Gradshteyn and I. M. Ryzhik. 7th Edition. Edited by Alan Jeffrey and Daniel Zwillinger. Elsevier, Academic Press 2007.

Interferômetro de Michelson

[1] D. Halliday, R. Resnick, J. Walker, Fundamentos de Física, Vol. 4, LTC, 4a ed., Rio de Janeiro, 1993. [2] J. Goldemberg, Física Geral e Experimental, Vol. 3.

[3] Melisinos, Experiments in Modern Physics. [4] Jenkins and White, Fundamentals of Optics. [5] Laboratory Experiments in Physics, Phywe.

Experimento de Franck-Hertz

[1] D. Halliday, R. Resnick, J. Walker, Fundamentos de Física, Vol. 4, LTC, 8a ed., Rio de Janeiro, 2009. [2] R. Eisberg, R. Resnick, Física Quântica, Ed. Campus, Rio de Janeiro, 1979.

[3] A. C. Melisinos, Experiments in Modern Physics, Academic Press, New York, 1966.

[4] J.Rudnick,D.S.Tannhauer,“Concerning a widespread error in the description of the photoelectric effect”, Am. J. Phys., Vol. 44(8), pp. 796-798, 1976.

[5] Handbook Cobra3: Natural Sciences with Cobra3, parte 2 01301.02, CD2 3.1. PHYWE-Series of Publications, Martin Brai. Phywe Sisteme GMBH, D-37070 Göttingen, Germany.

[6] J. Goldemberg, Física Geral e Experimental, 3o Vol, Ed. da Universidade de São Paulo, São Paulo, 1973.

[7] G. F. Hanne, “What really happens in the Franck-Hertz experiment with mercury?”, Am. J. Phys., Vol. 56(8), pp. 696-700, 1988.

[8] M. Ference Jr., H. B. Lemon, R. J. Stephenson, Curso de Física – Eletrônica e Física Moderna, Edgard Blücher Ltda.

[9] M. Alonso, E. J. Finn, Fundamental University Physics, Vol. III, Addison-Wesley, Massachusetts, 1971. [10] R. Crane, “The Franck-Hertz experiment: a field-trip through quantization”, disponível em http://www.cce.ufes.br/jair/web/rcrane.rtf.

Experimento de Millikan

[1] H. Fletcher - “My work with Millikan on the oil-drop experiment". Physics Today, June 1982, p. 43 (publicação póstuma).

[2] R. A. Millikan - “The isolation of an ion, a precision measurement of its charge, and the correction of Stoke’s Law". Science, 30 september 1910.

[3] R. A. Millikan and H.Fletcher - “Causes of apparent discrepancies and recent work on the elementary electrical charge". Phis. Z., January 1911.

[4] H. Fletcher - “Some contributions to the theory of Brownian movements, with experimental applications". Phys. Z., January 1911.

[5] R. A. Millikan and H. Fletcher - “The question of valency in gaseous ionization". Phil. Mag., June 1911. [6] H. Fletcher - “A verification of the theory of Brownian movements and a direct determination of the value for Negaseous ionization". Phys. Rev., August 1911, and Le radium, 1 July 1911.

[7] A. C. Melisinos, Experiments in Modern Physics, Academic Press, New York, 1966. [8] Harnwell and Livingood - “Experimental Atomic Physics".

[9] Kapusta - “Best measuring time for a Millikan oil drop experiment". American Journal of Physics 43 [91], 799 (1975).

[10] C. N. Wall and F. E. Christensen - “Dual-purpose Millikan experiment with polystirene spheres". American Journal of Physics 43 [5], 408 (1975).

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CENTRO/INSTITUTO: Centro de Ciências e Tecnologia

[11] S. La Rue ,J. D. Philips and W. H. Fairbank - “Observation of fractional charge of (1/3)e on matter". Phys. Rev. Letters 46 [15], 967 (1981).

[12] Y. W. Kim and P. D. Fedele, “Evidence for failure of Millikan’s law of particle fall in gases". Phys. Rev. Letters, 48 [61], 403 (1982).

[13] W. Sutherland, The theory of gases and molecular force, Philosophical Magazine, S. 5, 36, 507 - 531 (1893).

[14] H. Schlichting, Boundary Layer Theory, MacGraw-Hill, New York, 1968.

[15] J. T. R. Watson, Viscosity of gases in metric units: air, argon, carbon dioxide, helium, hydrogen, krypton, methane, neon, nitrogen, oxygen and xenon at atmospheric pressure in the temperature range 270 to 2200 K. Edinburgh, H. M. Stationery Off., 1972. ISBN 0114907811. Department of Trade and Industry. National Engineering Laboratory.

[16] M. D. Allen and O. G. Raabe, Re-evaluation of Millikan’s oil drop data for the motion of small particles in air, J. Aerosol Sci. 13, 537 (1982).

[17] E. Cunningham, On the Velocity of Steady Fall of Spherical Particles through Fluid Medium, Proc. R. Soc. Lond. A 83, 357 (1910).

[18] R. A. Millikan, The isolation of an ion, a precision measurement of its charge, and the correction of Stokes’s law, Phys. Rev. 32, 349 (1911).

[19] R. A. Millikan, On the elementary electrical charge and the Avogadro Constant, Phys. Rev. 2, 109 (1913).

[20] K. Willeke, Temperature dependence of particle slip in a gaseous medium, J. Aerosol Sci. 7, 381 (1976).

MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO

UNIVERSIDADE FEDERAL DE RORAIMA

PRÓ-REITORIA DE ENSINO E GRADUAÇÃO

CENTRO/INSTITUTO Centro de Ciências e Tecnologia

CURSO

Licenciatura em Física

PROGRAMA/FICHA DE DISCIPLINA

DISCIPLINA CÓDIGO

Laboratório de Física Moderna FI 24 CATEGORIA Obrigatória ( X ) Eletiva ( ) Optativa Livre ( ) SEMESTRE MODALIDADE Presencial ( X ) Semi-Presencial ( ) A Distância ( ) 60

Carga Horaria Pré-Requisito

Total Teórica Prática FI 18

45 0 45

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Dar oportunidade para que o estudante complemente o conteúdo das disciplinas correspondentes, ao realizar diversos experimentos que formam parte do desenvolvimento histórico da Física Moderna.

EMENTA

Serão desenvolvidas atividades experimentais que versarão acerca de alguns fenômenos físicos, os quais fazem parte importante do desenvolvimento da Física Moderna, e que foram estudados entre finais do século XIX e a primeira metade do século XX. Dentre os inúmeros fenômenos que formam parte da Física Moderna, atualmente apenas os seguintes experimentos podem ser oferecidos aos estudantes: Constante de Planck; Lei de Stefan-Boltzmann; Interferômetro de Michelson; Experimento de Franck-Hertz; Experimento de Millikan. Experimento de Coulumb, Interferômetro de Fabrit-Perot, Interferômetro de wyman-Green, velocidade da luz, Balança de Torção, Experimento de efeito fotoelétrico, razão entre a carga do e a massa do elétron, Experimento de difusão com câmara de nuvem, Experimento de raias espectrais com um espectrômetro-goniômetro e experimentos com micro-ondas ótico

PROGRAMA 1. Constante de Planck

1.1Determinação experimental da constante de Planck, usando curvas características de diodos emissores de luz.

2. Lei de Stefan-Boltzmann

2.1 Verificação experimental da lei de Stefan-Boltzmann, utilizando um filamento de lámpada incandescente.

3. Interferômetro de Michelson

3.1 Determinação experimental do comprimento de onda de um laser de He-Ne. 3.2 Determinação do índice de refração do ar.

4. Experimento de Franck-Hertz

4.1 Medição da corrente elétrica em um tubo de Franck-Hertz, preenchido com vapor de Hg, como função da tensão de aceleração, para diferentes temperaturas e tensões de retardo.

4.2 Obtenção da energia de excitação do Hg. 5. Experimento de Millikan

5.1 Cálculo dos raios e cargas médias das gotas de óleo observadas

5.2 Análise estatístico dos dados (tempos de subida e descida) coletados. Propagação de erros. 5.3 Obtenção experimental da carga elementar do elétron. Comparação com o valor de referência. 6 Experimento de Coulumb

6.1 Determinação da dependência entre a força eletrostática e a distância ente as cargas. 7 Interferômetro de Fabrit-Perot, Interferômetro de wyman-Green

7.1 Determinação do índice de refração do vidro, determinação do índice de refração do ar. 8 Experimento para velocidade da luz

8.1 Obtenção experimental do valor da velocidade da luz. 9 Experimento de Cavendish – Balança de Torção 9.1 Medição da força atrativa entre duas massas.

9.2 Verificação experimental da constante gravitacional universal – G. 10 Experimento de efeito fotoelétrico

10.1 Determinação experimental da constante de Planck.

11 Experimento da razão entre a carga do e a massa do elétron 11.1 Obtenção experimental da razão da carga e da massa do elétron. 12 Experimento de difusão com câmara de nuvem

13 Experimento de raias espectrais com um espectrômetro-goniômetro. 14 Realização de experimentos com micro-ondas ótico

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Através da apresentação de Relatórios individuais, confeccionados a partir dos dados experimentais coletados no Laboratório para cada atividade experimental, complementado com informações que o aluno pode ter da bibliografia básica e complementar.

CRITÉRIOS DE AVALIAÇÃO

Resolução Nº 015/2006 – CEPE, de 19 de dezembro de 2006. BIBLIOGRAFIA RECOMENDADA

Básica

Guia de Experimentos para a disciplina Laboratório de Física Moderna, S. Legoas, 2013.

Complementar Constante de Planck

ALFONSO-GOLDFARB, Ana Maria. O que é História da Ciência. São Paulo, Brasiliense, 1995. CAVALCANTE M. A.: O Ensino de uma Nova Física e o Exercício da Cidadania

CAVALCANTE, M. A e DI BENEDETTO A.: Instrumentação em Física Moderna para o Ensino Médio: Uma nova técnica para a análise quantitativa de espectros. Revista Brasileira de Ensino de Física, vol.21, no. 4, Setembro de 1999, pp. 437 a 446.

CAVALCANTE M. A. ; JARDIM V. ; BARROS A. A. J. : Inserção de Física Moderna no Ensino Médio: Difração de um feixe de laser. - Caderno Catarinense de Ensino de Física; vol. 16, no. 2, Agosto de 1999, pp. 154 a 168.

CHRISTIAN Noldeke: Compact disc diffraction. Phys. Teach., Vol. 28, No. 7, October 1990, Pages 484 – 485.

COLUSSI C. V.; CANSIAN M. A.: “Rede de difração holográfica: Uma opção eficiente de baixo custo” – Revista Brasileira de Ensino da Física, vol. 17, no. 3 (1995).

HAYM Kruglak: Diffraction demonstration with a compact disc. Phys. Teach., vol. 31, no. 2, February 1993, pp. 104 – 104.

HEISEMBERG, W., Física e Filosofia. Brasília. Ed.UNB, 1987.

JAMES E. Ketler, The compact disk as a diffraction grating. Am. J. Phys., vol. 59, no. 4, April 1991, pp. 367 – 368.

KALINOWSKI, H.J. GARCIA, N. M. D. “Uma alternativa econômica para rede de difração no laboratório de ensino”- Caderno Catarinense de Ensino de Física, no.7, vol. 1, pp. 64 à 72 (1990).

NEWTON, I. Principia. São Paulo, EDUSP/Nova Stella, 1990. Lei de Stefan-Boltzmann [1] P.S. Guimarães, Rev. Bras. Ens. Fís. 21, 291 (1999).