Nesta
semana foi falado sobre a Física Quântica e sua teoria, mecânica quântica e a
estrutura quântica dos átomos. Até o ano de 1900 a Física dita clássica
descrevia todos os fenômenos menos os Fenômenos quânticos. Falado sobre:
Física
Quântica - Átomos e a tabela periódica;
Ferromagnetismo e Ímãs; Estabilidade da matéria; Impenetrabilidade da matéria; Dispersão
da luz (interação da luz com a matéria); Espectro discreto dos átomos; Supercondutividade,
superfluidez; O por que uma Teoria Quântica? Natureza discreta da Radiação,
Natureza ondulatória da Matéria e Natureza dualística da matéria e da radiação;
O que é a Teoria quântica? Descreve a natureza dual da matéria e da radiação, mecânica
quântica não relativística, mecânica quântica relativística, teoria quântica de
campos (segunda quantização); Consequências da Natureza Dualística; Propriedades
Quânticas: Natureza discreta de determinadas grandezas físicas, Incerteza nas
medidas, Estados quânticos, Distinção entre tipos de partículas, Grandezas
físicas puramente quânticas (sem análogo clássico), Incerteza na localização
das partículas (conceito de probabilidade); O que é a Física Quântica? Parte da
física que requer a teoria quântica para a descrição dos fenômenos; Origem da
Física Quântica - Ao explicar o espectro da radiação emitida por um corpo aquecido,
Max Planck deu origem à Teoria Quântica; Radiação do Corpo Negro; Intensidade
da Radiação Emitida; Função do Comprimento de Onda; Aspectos da Radiação
Emitida; Frequência da Intensidade Máxima; Teoria da Radiação do Corpo Negro; O
Nascimento da Teoria Quântica; Comportamento Corpuscular da Radiação - Ao
explicar o efeito fotoelétrico, Einstein estabeleceu a natureza corpuscular da
luz. A Radiação Exibe uma Natureza Corpuscular; O Espectro do Átomo de
Hidrogênio - Ao explicar o espectro do átomo de Hidrogênio, Niels Bohr deu
alguns passos decisivos na formulação da mecânica quântica; Natureza
Ondulatória da Matéria; Fenômenos da interferência e da difração; Comportamento
Ondulatório da Matéria; Padrões de interferência resultantes da difração de
elétrons passando por uma fenda dupla. A sequência mostra o que seria esperado
à medida que aumentamos o número de elétrons que passam pela fenda; Comportamento
dual da Matéria - De Broglie; Quantização de Grandezas Físicas; Natureza
Discreta das Grandezas Físicas; Espectro Quantizado do Átomo de Hidrogênio; Incerteza
nas Medidas: Posição e Velocidade e Localização; Estado Quântico de um Sistema;
Grandezas Físicas Puramente Quânticas Distintas - Partículas: Bóson e Férmions; Spin e a
Estrutura Quântica dos Átomos - Princípio da exclusão de Pauli; Spin e o
Ferromagnetismo.
Teoria
Quântica: Três Teorias Quânticas - Mecânica
Quântica, Mecânica Quântica Relativística e Teoria Quântica de Campos;
Diferença entre Quantum e Quanta - quantum = quantidade elementar de alguma
coisa; Um Exemplo do Cotidiano; Números Quânticos; Quantum da Matéria e Quantum
da Radiação;Aspecto discreto da matéria e da radiação; Quantização da Energia –
Planck; Energia n quantum e quantum de energia h; Energia de um fóton - Fóton é
o quantum da radiação eletromagnética; Grandezas Físicas - Grandezas Discretas
e Contínuas. As frequências dos sons emitidos pela corda de um violão são quantizadas
no sentido de exibirem um espectro discreto. A cada valor da frequência
corresponde um modo de oscilação da corda. São exibidos quatro modos de
oscilação de uma corda; Quantização da Energia - Condição de quantização dos raios
das órbitas circulares na Teoria de Bohr; Número Quântico como Associado ao Espectro
Discreto de Grandezas Físicas - Grandezas exibem um espectro discreto; Quantização
de Outras Grandezas Físicas; Números Quânticos; Operadores Operadores
Hermitianos; Representação Coordenadas; Comutadores; Quantização: Regras de
Quantização; Dinâmica da Teoria; Estado de um Sistema - Autoestados
e Autovalores; Transições entre Estados – Amplitudes de Transição; Amplitudes
de Probabilidade; Autovalores e Auto Funções; Função de Onda e Sua
Interpretação; Valores Esperados; Ortonormalidade e Completude dos Antoestados;
Elementos de Matriz de Operadores Hermitianos.
Mecânica
Quântica: Explicando o Espectro Discreto até 1926;
Métodos Semiclássicos; Regras de quantização de Bohr-Sommerfeld; Formulação
Matricial; Hipótese de De Broglie; Quantização Semiclássica; Em 1926 -Formulação
da Mecânica – Equação de Hamilton Jacobi; Função Frente de Onda; Nova
Formulação da Mecânica; Mecânica Ondulatória - Equação de ondas de matéria - “Todas
essas afirmações contribuem de forma sistemática para abandonar as ideias de
“posição do elétron” e “trajetória do elétron”. Se essas ideias não forem
abandonadas, permanecerão contradições”; Teorias Quânticas: a Mecânica Quântica;
Hipótese de De Broglie; A Equação de Schrödinger; Estados Estacionários; Partícula
Confinada em uma Dimensão – Ondas Estacionárias; O Espectro do Átomo de
Hidrogênio: As Séries Radiativas; A Função de Onda; O Átomo de Hidrogênio - Variáveis
do Centro de Massa e Relativa; Separação de Variáveis; Momento Angular - Harmônicos
esféricos; Energias Discretas; Polinômios de Laguerre Associados - Estados e Funções
de Onda; O Espectro do Átomo de Hidrogênio: As Séries Radiativas e Estabilidade
do Átomo - Existe um estado de energia mais baixa; Estado fundamental; Interpretação
Probabilística.
Estrutura
Quântica dos átomos: A Estrutura Quântica do
Átomo:
1
- Num átomo, os elétrons são distribuídos em camadas.
2
- As camadas têm subcamadas.
3
- Cada subcamada tem um certo número de orbitais.
4
- Cada camada comporta um número limitado de elétrons.
Espectros Atômicos e
Moleculares; O Modelo Atômico de Bohr; Quantização Utilizando a Hipótese de De
Broglie; Quantização semi-clássica; Estrutura Quântica dos Átomos – Principio da
exclusão de Pauli; Número Quântico Principal; As Camadas de um Átomo; Subcamadas;
Natureza Discreta das Grandezas Físicas – Orbitais; Número Quântico de Spin; Contando
o Número de Elétrons numa Camada; Comportamento Ondulatório: Os Orbitais; Estados
Possíveis - Subcamadas e Orbitais; Os Vários Átomos; A Tabela Periódica.
