Fisica 4

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A NATUREZA DA LUZ

FÓTON

Hoje sabemos que a luz é composta por diminutas partículas e tais partículas são denominadas de fótons. Newton há muitos séculos, ao retomar a discussão sobre a natureza da luz, defendia a natureza corpuscular da mesma. Essa teoria corpuscular, no entanto, caiu no esquecimento por algum tempo em função da descoberta de fenômenos ondulatórios associados com a luz.Einstein retomou a ideia da natureza corpuscular num trabalho que ficou célebre. Esse trabalho foi publicado em 1905 e evocava a teoria corpuscular da luz para explicar o efeito fotoelétrico.
Assim, conquanto seja difícil de entender, nós lidamos todos os dias, ao longo do dia inteiro, com uma das partículas elementares. Trata-se dos fótons.
Propriedades dos fótons

1. O fóton não tem massaProvavelmente, suspeitamos hoje, essa seja a única partícula elementar, encontrada livre no Universo, sem massa. Na verdade, os gluons, partículas que assim como o fóton são associadas a uma força, também têm massa zero, mas não podem ser encontrados livremente. Apesar de não ter massa o fóton tem energia. Isso parece ser um contrasenso, no entanto isso ocorre porque o fóton tem uma quantidade demovimento. Então, se p = quantidade de movimento do fóton, sua energia, de acordo com a Teoria da Relatividade de Einstein, é dada por:
E = pc. Onde é c a velocidade da luz.

Outra consequência do fato de que o fóton não tem massa é que ele não interage gravitacionalmente e, portanto, passa próximo dos corpos massivos sem se desviar. Para ser bem preciso,ele acaba se desviando um pouco e isso tem relação com a Teoria da Relatividade Geral de Einstein.

2. O fóton não tem carga
Esta é outra propriedade interessante do fóton. Isso quer dizer apenas que ele não é atraído ou repelido por ímãs ou por objetos eletrizados. O fóton é indiferente (do ponto de vista da força exercida sobre ele) à interação eletromagnética.

3. O fóton viaja muitorápido
O fóton viaja mais rápido do que qualquer outra partícula. Só eventuais outras partículas sem massa (como, eventualmente os neutrinos) têm velocidade igual à do fóton.
A velocidade de qualquer fóton (não importa sua energia) é aproximadamente 300.000 km/s.

Einstein intuiu também que para os fótons é diferente. Para ele a velocidade da luz é absoluta, isto é, não depende de um sistema dereferências. Isto vale apenas para sistemas de referências ditos inerciais (sistemas que se desloquem uns em relação aos outros com velocidade constante), então podemos afirmar que os fótons têm a mesma velocidade para qualquer sistema inercial.



EXCITAÇÃO ELETRÔNICA E EMISSÃO DE FÓTONS
Em 1913, Niels Bohr estendeu o modelo atômico de Rutherford elaborando o seu modelo atômico “planetário”para hidrogênio com seu elétron girando ao redor do seu próton. Ele se baseou nas hipóteses de que (i) a força que mantém o elétron em órbita é de natureza elétrica, (ii) o elétron pode encontrar-se apenas em órbitas definidas (e cuja distância até o núcleo é descrita pelo modelo de Bohr) e (iii) que o elétron pode transferir-se (saltar) de uma órbita para outra, onde um fóton é emitido toda vezque seu elétron salta de uma órbita de energia maior (mais afastada do núcleo) para uma órbita de energia menor. O fóton, um “pacote” de energia que se desloca a uma velocidade sempre igual à da luz, contém exatamente a quantidade de energia perdida pelo elétron no salto. Sendo assim, quanto mais elétrons encontram-se em órbitas superiores, mais fótons serão emitidos quando esses elétronsvoltarem.
E = hf
∆E=hf
2. Incidência de um elétron
Um elétron livre com determinada energia cinética (velocidade) incide num átomo. Pode ocorrer excitação eletrônica do átomo e, nesse caso, a energia cinética do elétron livre será reduzida pela quantidade de energia necessária para realização do salto. Esse fenômeno ocorre, por exemplo, em lâmpadas do tipo “luz fria” ou em raios atmosféricos de...
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