Inserção de Mecânica Quântica no Ensino Médio - Instituto de Física ...

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28 No caso de uma franja escura, portanto, ∆ L deve ser igual a um múltiplo ímpar de meios comprimentos de onda, ou seja: ⎛ 1 ⎞ . sen θ = ⎜ n + ⎟. λ ⎝ 2 ⎠ d onde n = 0,1,2,3,... O padrão de interferência observado na experiência de Young também pode ser observado nas Figuras 12 (a) e 12 (b), que mostram a tela do software Doppelspalt, cujo download pode ser feito gratuitamente a partir do endereço http://www.physik.uni- uenchen.de/didaktik/Computer/Doppelspalt/dslit.html, com o qual passaremos a trabalhar a partir de agora. (a) (b) Figura 12 – Padrão de interferência visualizado na tela do software Doppelspalt. A partir desse experimento, a teoria ondulatória da luz passou a predominar sobre a teoria corpuscular de Newton, tornando-se o alicerce teórico para a óptica ondulatória desenvolvida a partir de então e alcançando sua formulação físico-matemática definitiva na década de 1860, com o término da formulação do eletromagnetismo pelo físico inglês James Clerk Maxwell (1831-1879).
6. A experiência da dupla fenda e a natureza corpuscular da luz O experimento de Thomas Young foi abordado em termos ondulatórios, quando uma luz monocromática é usada como fonte e atravessa duas fendas estreitas e próximas, produzindo numa tela um padrão de interferência semelhante ao que é mostrado na Figura 13. Figura 13 – Vista lateral do arranjo do experimento de Young Vamos ver, agora, como o resultado observado na tela do arranjo de Young pode ser explicado pela teoria quântica da luz, ou seja, usaremos um outro modelo para a luz, não o modelo ondulatório clássico, em que a luz é considerada uma onda eletromagnética, mas um modelo corpuscular da luz, considerada como um feixe ou uma corrente de “partículas de luz”, chamadas de fótons. Como havíamos feito antes quando explicamos o experimento de Young com base na teoria ondulatória, vamos considerar que a fonte emite luz monocromática, ou seja, luz de uma única freqüência (ou cor). Em termos da teoria quântica da luz, isso significa que todos os fótons emitidos pela fonte têm a mesma energia (lembre-se da relação de Planck, Efóton = h.f). O número desses fótons monoenergéticos emitidos por segundo pela fonte é proporcional à grandeza que chamamos de intensidade luminosa na teoria ondulatória da luz. A intensidade da onda, denotada pela letra I, representa a taxa média por unidade de área com a qual a energia é transportada, isto é, é a energia transportada por unidade de tempo e de área: I = E t A No modelo ondulatório, a intensidade é proporcional ao quadrado da amplitude do campo elétrico da onda: 2 I α E . No modelo corpuscular, a intensidade, é proporcional à energia transportada, a qual é, por sua vez, proporcional ao número de fótons incidentes, I ∝ N. h. f , onde N é o número de fótons incidentes por unidade de tempo. De acordo com a mecânica quântica, essa grandeza, por sua vez, é diretamente proporcional à probabilidade de encontrá-los numa determinada
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