Física Geral Semana 07

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.