Mecânica Quântica

Trata-se da teoria física que se ocupa dos sistemas cujas dimensões são próximas ou abaixo da escala atômica, tais como moléculas, átomos, elétrons, próton e partículas subatômicas.

A mecânica quântica fornece a estrutura teórica para compreender o universo do muito pequeno, em escalas atômicas, ou seja, os constituintes básicos da matéria. Quão pequeno? Para ter uma noção, considere um fio de cabelo humano, cuja espessura fica em torno de 10-6. Nós pegamos então essa medida e dividimos em mil partes iguais, depois pegamos um pedacinho desses e ainda dividimos por dez para, enfim, chegar à escala que a física quântica vai trabalhar.

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Além disso, imagine um universo onde a sua intuição não é válida. Por exemplo, imagine uma sala de aula com um quadro negro: caso todos saiam dessa sala, e caso ninguém esteja olhando para o quadro negro, esse quadro negro continua existindo? Sim? Não? Talvez? Se ninguém estiver olhando para o quadro negro como podemos saber que ele continua existindo? O físico Robert Gilmore afirma que, no universo quântico, tudo o que é permitido é obrigatório! Esse é o universo quântico.

Max Planck e Albert Einstein. Imagem: Wikimedia Commons.
Max Planck e Albert Einstein. Imagem: Wikimedia Commons.

Os pais da Física Quântica são considerados Max Planck e Albert Einstein, dos quais surgiu o “ponta pé inicial” para o desenvolvimento da física quântica. Em 1900, o alemão Max Planck propôs uma formula “mágica” e completamente revolucionária.

Planck assumiu que a energia das oscilações em um corpo negro (por meio de irradiação térmica) fosse proporcional a múltiplos inteiros da energia fundamental, ou seja, que a energia era enviada em “pacotes” discretos chamados de quanta, algo completamente inédito para época – já que, para os cientistas, a energia era algo contínuo, como a água, por exemplo.

Já em 1905, um jovem cientista alemão publica na revista Annalen der Physik uma série de cinco artigos, entre eles um examinando o efeito fotoelétrico através da teoria de Planck. Esse jovem cientista era Albert Einstein – que posteriormente ganharia o Nobel de Física pela descrição do conceito de uma energia “granulada”.

Fótons emitidos em um feixe coerente de um laser. Imagem: Wikimedia Commons.
Fótons emitidos em um feixe coerente de um laser. Imagem: Wikimedia Commons.

Einstein conseguiu desenvolver a explicação estudando o efeito fotoelétrico, estudado a primeira vez em 1887 pelo físico alemão Heinrich Hertz, que descobriu que quando a radiação eletromagnética – a luz – incide sobre certos metais, estes emitem elétrons. Experimentalmente, foi observado que com o aumento da frequência da luz incidente no metal, também a velocidade dos elétrons expelidos aumenta. Isso era estranho para época, pois eles esperavam que a velocidade dos elétrons dependesse da intensidade da luz.

Foi então que Einstein sugeriu que se tratasse a luz da mesma maneira com que Planck tratou a energia das ondas. Segundo Einstein, o raio de luz deve ser visto como um feixe de grãos mínimos, ou “quantas” ( partículas sem massa), “grãos de luz”, atualmente chamados de fótons.   Cada fóton carrega uma energia, a qual Einstein relacionou com a energia cinética com que o elétron emerge da superfície do material e com a frequência da luz incidente sobre ele e à função trabalho, conforme se segue

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Dessa forma, a função trabalho (W) corresponde à energia necessária para um elétron ser ejetado do material.

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Referências

FEYNMAN, R., Lectures on Physic. New York: Addison Wesley, 2005

GILMORE, R., Alice no País do Quantum. Rio de Janeiro: Editora Jorge Zahar, 1998.

OSVALDO P. Jr. Conceitos de Física Quântica – Volume 1. São Paulo Livraria da Física, 2003.

Carlos Ferreira
Por Carlos Ferreira

Formado em Ciências Econômicas e Jornalismo. Possui ampla experiência editorial e redacional em conteúdos jornalísticos com foco em mídias digitais.

Como referenciar este conteúdo

Ferreira, Carlos. Mecânica Quântica. Todo Estudo. Disponível em: https://www.todoestudo.com.br/fisica/mecanica-quantica. Acesso em: 22 de July de 2024.

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1. (UFRGS/2000) Assinale a alternativa que preenche corretamente a lacuna do parágrafo abaixo.

O ano de 1900 pode ser considerado o marco inicial de uma revolução ocorrida na Física do século XX. Naquele ano, Max Planck apresentou um artigo à Sociedade Alemã de Física, introduzindo a ideia da ………. da energia, da qual Einstein se valeu para, em 1905, desenvolver sua teoria sobre o efeito fotoelétrico.

(A) conservação

(B) quantização

(C) transformação

(D) conversão

(E) propagação

2) Considere as seguintes afirmações sobre o efeito fotoelétrico.

I. O efeito fotoelétrico consiste na emissão de elétrons por uma superfície metálica atingida por radiação eletromagnética.

II. O efeito fotoelétrico pode ser explicado satisfatoriamente com adoção de um modelo corpuscular para a luz.

III. Uma superfície metálica fotossensível somente emite fotoelétrons quando a frequência da luz incide nessa superfície excede um certo valor mínimo, que depende do metal.

Quais estão corretas?

(A) Apenas I.

(B) Apenas II.

(C) Apenas I e II.

(D) Apenas I e III.

(E) I, II e III.

1. Item (B), pois foi Planck que assumiu que a energia dessas oscilações fosse proporcional a múltiplos inteiros da energia fundamental, ou seja, que a energia era enviada em “pacotes” discretos chamados de quanta, portanto temos a ideia de quantização.

2. Item (E), I, II e III. Conforme é trabalhado no texto as três afirmações fazem parte da definição do efeito fotoelétrico.

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