Evolução da Física Quântica

INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DO TOCANTINS IFTO CAMPUS PALMAS – CURSO DE LICENCIATURA EM FÍSICA

NÚCLEO ATÔMICO E PARTÍCULAS ELEMENTARES REALIDADE QUÂNTICA

INTRODUÇÃO



_{Curiosidade por parte dos cientistas quanto à natureza do}

átomo e sua composição.



_{ÁTOMO: do grego “átomos“ (a = “não” tomo = “divisão”), ou}

seja, “indivisível” Os gregos acreditaram que era a menor

partícula conhecida.



_{Como são os átomos?}



_{Eles são realmente indivisíveis?}



_{Ao longo dos séculos os filósofos e cientistas buscavam}

responder essas questões, quando descobriram coisas mais

complexas do que a física clássica.

1 HISTÓRICO DO ÁTOMO

 _{Antigos tentavam descobrir de que era composto tudo que existe, na}

Índia, Grécia, etc.

 _{Tales de Mileto (~623 a.C. – 558 a. C.): Ser formado de H2O}

 _{Anaximandro (610 a. C.- 547 a. C.): Conceito de “aperion” ou “o}

princípio de todas as coisas”.

 _{Anaxímeno: Ar}

 _{Herácrito: Conceito de “devir” ou “vir a ser”. “O homem não banha}



_{Surgem os “atomistas”}



_{Anaxágoras (499 a. C. – 428 a. C.): Partículas, sementes,}

conceito da Lua, Uno.



_{Demócrito de Abdera (460 a. C. – 370 a. C.): Tudo formado}



_{Idade Média: Contribuição dos árabes e alquimistas.}

_{1735 – Platina}



_{1751 – Níquel}

_{1771 – Oxigênio}



_{Antonie Lavoisier (1743 – 1794 d. C.): Lei da}

Conservação da Massa.



_{“Na natureza nada se cria, nada se forma, tudo se}

transforma.”

MODELOS ATÔMICOS: EVOLUÇÃO

 _{John Dalton (1766-1844): Átomo indivisível com uma única}

partícula. Modelo Bola de Bilhar

 _{Joseph John Thomson (1856-1940): Descoberta do elétron}

com os ráios catódicos. Átomo formado por uma grande partícula positiva com os elétrons incrustados. Modelo pudim de passas.

 _{Ernest Rutherford (1871-1937): Experimento com polônio}

radioativo, tentando provar o átomo de Thomson, mas descobriu um átomo com espaços vazios e elétrons girando ao redor. Modelo Planetário.

CONCEITO DE QUANTUM

 _{Niels Bohr (1885-1962)}

 _{Camadas eletrônicas ou níveis de energia}  _{Conceito de “quantum”}

 _{O modelo de Rutherford permanece}

 _{Os elétrons giram ao redor do núcleo em uma camada eletrônica.}  _{Eles possuem ¨pequenos pacotes de energia” para se manterem}

em seu nível

 _{Se receber energia externa, eles pulam para o nível posterior, mas}

CARACTERÍSTICAS DOS ÁTOMOS



_{O núcleo do átomo é aproximadamente 10}

centímetros

com os elétrons descrevendo suas órbitas a uma distância

(raio) de, aproximadamente 10

centímetros = 1 ângstrom;



_{O raio do núcleo é cerca de 1000 vezes menor do que o raio}

CARACTERÍSTICAS DOS ÁTOMOS

 _{São eletricamente neutros (o número de prótons é igual ao número de} elétrons);

 _{Qual a função do nêutron?}

 _{Foi descoberto pelo físico James Chandwick em 1932.}

 _{O nêutron é necessário para a estabilidade dos núcleos atômicos (menos} o hidrogênio) já que a força nuclear forte faz com que seja atraído elétrons e prótons, mas não seja repelido nenhum, como acontece com os prótons, que se atraem nuclearmente mas se repelem eletrostaticamente.

MUDANÇAS NA FÍSICA E QUÍMICA



_{A partir da década de 90 do século XIX.}



_{Existência de outras partículas menores que os átomos.}

_{Boa parte dos átomos são espaços vazios.}



_{Alguns átomos de elementos são transformados em outros}

elementos.



_{Átomos de um determinado elemento pode ser transmutado}

CONCEITOS DE BOHR

 _{Conceitos de Bohr diferente do Modelo Planetário: As partículas}

do átomo de Bohr está restrita a certos valores discretos, muito bem definidos, somente certos valores são permitidos.

 _{A energia do átomo é “quantizada”.}

 _{Em certas órbitas com átomos bem estabelecidos, podem ser}

ocupadas por elétrons.

 _{Órbitas que poderiam estar situados em certos intervalos na}

FERMI

Ação à distâncias e Campos



_{Conceito de Campo: Segundo a física atual, todo}

corpo cria um espaço a sua volta uma perturbação

que é o campo gerado por alguma propriedade

intrínseca que ele possui. Ex. Todo corpo que tem

massa gera um campo gravitacional à sua volta, que

irá interagir com outro campo criado por outro

corpo, trocando informações.

Mas... Como são essas interações?

 _{Para a física moderna um campo interage com outro por intermédio da troca}

de partículas chamadas mediadores.

 _{Duas partículas que possuem cargas elétricas criam campos à sua volta e}

estes campos à sua volta e esses campos interagem por meio da troca de partículas mediadoras chamadas fótons.

Eletromagnetismo



_{A força eletromagnética é um tipo de interação que envolve}

diretamente as seguintes partículas elementares: prótons e elétrons.

Mas é importante destacar que, de uma forma ou de outra, essa

interação atinge todas as outras partículas conhecidas, com exceção

do gráviton e do neutrino.



_{A partícula mediadora da força eletromagnética é o fóton (uma}

forma de descrever a luz como partículas indivisíveis). Qualquer

objeto ou corpo com carga elétrica emite e absorve luz (fótons), que

é responsável pela transmissão da força eletromagnética.

INSTRUMENTOS

 _{Nas primeiras décadas do século XX.}

 _{Surgimento de novos instrumentos com o objetivo de}

descobrir novas partículas e estudar os raios cósmicos.

 _{1929: Cíclotron, projetado inicialmente por Lawrence, para}

acelerar prótons, deutério e partículas alfa.

 _{1932: Gerador de Cockcroft-Walton, para aceleração de}

cátions.

 _{1931: Publicação do primeiro modelo do Gerador de Van der}

Graaf, para acelerar cátions de H.

A ESCOLA DE COPENHAGUE



_{Baseado nas discussões sobre princípios e Mecânica}

Quântica entre 1925 e 1927.



_{Encontro no V Congresso Solvay, em Bruxelas, em}

outubro de 1927.

DISCUSSÕES



_{Necessidade de investigação devido ao impacto trazido pela}

Teoria Quântica.



_{Verificar a Teoria Quântica e suas contradições.}



_{Formar uma visão física completa sobre os fenômenos}

microscópicos em geral.



_{A Teoria Quântica era entre as mais poderosas no mundo da}

Física, porém com uma filosofia fraca.



_{No entanto essa nova teoria trazia grandes avanços tecnológicos.}

_{Por que o mundo é do jeito que é?}

PRINCÍPIOS POSTULADOS

 _{1: O estado quântico de um sistema de três dimensões é}

descrito por uma função de onda [função psi] complexa, sendo a função ᴪ(x,y,z)

 _{2: Cada variável dinâmica D(x,p) é representada na Mecânica}

Quântica por um operador hermitiano: Dop = D=D(Xop,Pop)

 _{3: Ao realizar-se um grande número de medidas de uma}

variável dinâmica num sistema, que é preparado para estar num estado quântico ᴪ antes de cada medida, o que se constata é que os resultados de cada medida individual serão diferentes, mas a média de todos os valores observados é dado por uma grandeza representada por <D>ᴪ, onde o símbolo <> representa o valor esperado de D.

PRINCÍPIOS POSTULADOS

 _{4: A medida da posição de uma partícula subatômica pertuba}

a medida de sua velocidade e vice versa. (Lembrem do Princípio da Incerteza de Heisemberg).

 _{5: Enuncia a equação de movimento do sistema quântico ou}

equação de Schrodinger, a qual representa a evolução espacial e temporal da função em si.

O CONGRESSO E A REALIDADE QUÂNTICA

 _{Discussões no V Congresso de Solvay, em 1927.}

 _{Presidido pelo físico holandês Hendrick Anton Lorentz (1853-1928).}  _{Tema Central “Elétrons e Fótons”.}

 _{Incentivar os participantes a trazerem o que tinham de mais}

 _{Cientistas do século: Einstein, Langevin, Guye, Wilson, Rick,}

Madame Curie, Lorentz, Heinseberg, Fowler, Brillouin, Debye, Knudsen, Bragg, Kramers, Dirac, Piccard, Ehrenfest, Herzen, De Donde, Schrodinger e Verscchaffelt.

 _{Participação direta ou indireta.}

 _{Dificuldades na Física clássica e novas possibilidades com a}

 _{Seguidores de Niels Bohr: Postulado dos quanta. Consequência da}

renúncia à descrição causal dos fenômenos dos átomos no tempo e no espaço.

 _{Einstein, Schrodinger e Luis de Broblie: Não concordavam com as}

afirmações de Bohr e sua equipe, de que a idéia dos quanta era uma idéia primeira. Por que existem os quanta?

 _{Mas os três concordaram em uma nova teoria independente à fatos}

diretamente observáveis.

 _{Confronto intelectual que geraria um grande debate em 1935.}

 _{Bohr e sua equipe saíram vitoriosos (em 1927), quanto ao admitir a}

CONSIDERAÇÕES DE KANT

 _{Immanuel Kant (1724-1804)}

 _{Admirador da Mecânica de Newton}

 _{Dividiu o conhecimento em três partes:}

 _{1 – Aparência: Conteúdo de nossa experimentação sensorial direta}

dos fenômenos naturais.

 _{2 – Realidade: A coisa em si. O que ocultava atrás de todos os}

fenômenos.

 _{3 – Teoria: A mesma era formada de conceitos humanos que}

tentam refletir tanto a aparência quanto a realidade.

 _{Nossos conceitos parecem concordar com os fatos, a realidade}

TENDÊNCIA REALISTA

 _{Também chamada de Tendência Otimista}

 _{“Sendo os seres humanos parte da natureza e, portanto,}

naturais até o cerne, nada impede de sentir ou conceituar a realidade em si.”

 _{Ultrapassar os fatos.}

 _{Einstein Disse: “É com a realidade que a Física realmente}