SENAI – 14/04/2011
José Fernando Fragalli
Departamento de Física – Udesc/Joinville
UM ESPECTRO DE ENERGIA
RONDA A HUMANIDADE
Física Moderna I - Propriedades
Corpusculares da Radiação
A RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA
1. Introdução
2. A Natureza da Luz
3. Luz – Comportamento Ondulatório
4. Luz – Comportamento Corpuscular
5. O Espectro da Radiação Eletromagnética
6. Aplicações da Radiação Eletromagnética – Geral
7. Aplicações da Radiação Eletromagnética – Infravermelho, Luz Visível,
e Ultravioleta
Física Moderna I - Propriedades
Corpusculares da Radiação
A RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA
1. INTRODUÇÃO
A LUZ VISÍVEL – apenas um pedaço do espectro...
De todo o espectro eletromagnético, a luz visível é o
primeiro contato que o ser humano tem com a radiação.
Física Moderna I - Propriedades
Corpusculares da Radiação
A RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA
1. INTRODUÇÃO
LUZ e COR – tudo a ver...
A luz é composta de várias cores...
Só conseguimos enxergar as cores quando existe luz...
Física Moderna I - Propriedades
Corpusculares da Radiação
A RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA
1. INTRODUÇÃO
Como o ser humano “vê” a luz?
O “olhar” do ser humano sobre a luz modificou-se desde
as primeiras concepções sobre ela, até os dias atuais.
Física Moderna I - Propriedades
Corpusculares da Radiação
A RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA
1. Introdução
2. A Natureza da Luz
3. Luz – Comportamento Ondulatório
4. Luz – Comportamento Corpuscular
5. O Espectro da Radiação Eletromagnética
6. Aplicações da Radiação Eletromagnética – Geral
7. Aplicações da Radiação Eletromagnética – Infravermelho, Luz Visível,
e Ultravioleta
Física Moderna I - Propriedades
Corpusculares da Radiação
A RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA
2. A NATUREZA DA LUZ – uma visão histórica
Como a ciência vê a luz: idéias filosóficas
Em meio ao texto* do De Rerum Natura ele apresenta a
idéia filosófica que a luz seria composta de pequenas
partículas.
Lucrécio
(99-55 AC)
Frontispício do
De Rerum
Natura
*http://onlinebooks.library.upenn.edu/webbin/gutbook/lookup?num=785.
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Corpusculares da Radiação
A RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA
2. A NATUREZA DA LUZ – uma visão histórica
Como a ciência vê a luz: idéias filosóficas
De Rerum Natura é um poema didático, dividido em seis
livros.
Neste poema Lucrécio proclama a realidade do homem
em um Universo sem deuses e tenta libertá-lo de seu temos
da morte.
Propõe que a substância é eterna, e que os átomos
movem-se em um infinito vazio.
Por isso, Lucrécio é considerado um atomista, seguidor
das idéias de Demócrito.
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Corpusculares da Radiação
A RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA
2. A NATUREZA DA LUZ – uma visão histórica
Primeiras idéias científicas – Newton
No Século XVI, uma teoria corpuscular se consolidou
como um conjunto de idéias capaz de explicar os fenômenos
ópticos conhecidos à época (refração, reflexão e dispersão).
Isaac Newton
(1643-1727)
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Corpusculares da Radiação
A RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA
2. A NATUREZA DA LUZ – uma visão histórica
Primeiras idéias científicas – Newton
Em seu livro Opticks (Óptica) Isaac Newton (1640-1727)
discutiu implicitamente a natureza da luz, sem apresentar
uma defesa ardorosa de sua teoria.
Frontispício do
Opticks
Estátua de Isaac Newton no Trinity
College (Cambridge – Londres)
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Corpusculares da Radiação
Sepultura de Isaac
Newton – Abadia de
Westminster
A RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA
2. A NATUREZA DA LUZ – uma visão histórica
Primeiras idéias científicas – Newton
Nos seus trabalhos publicados e não publicados Newton
discutiu implicitamente a natureza física da luz, fornecendo
alguns argumentos a favor da materialidade da luz.
Os trabalhos citados acima são os artigos “Nova Teoria
sobre Luz e Cores*, “Hipótese da Luz”, Discurso sobre as
Observações” e o livro Opticks.
*Silva, C. & Martins R. "Nova teoria sobre luz e cores: uma tradução
comentada", Revista Brasileira de Ensino de Física18(4): 313-27, 1996.
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Corpusculares da Radiação
A RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA
2. A NATUREZA DA LUZ – uma visão histórica
Primeiras idéias científicas – Newton
Apesar de ser conhecido como o grande defensor da
teoria corpuscular, Newton nunca discutiu em detalhes o
assunto, sendo sempre cauteloso ao abordá-lo.
A razão desse comportamento seria as críticas recebidas
sobre o artigo "Nova teoria sobre a luz e cores" de 1672,
advindas principalmente de Robert Hooke e Christian
Huygens.
Christian
Huygens
(1629-1695)
Robert Hooke
(1635-1702)
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Corpusculares da Radiação
A RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA
2. A NATUREZA DA LUZ – uma visão histórica
Uma outra idéia sobre a luz – Huygens
No Século XVII, Christian Huygens (1629-1695) formulou a
teoria que a luz era um fenômeno ondulatório.
Em 1678 Huygens escreveu o livro Traitbe de la Lumiaere
(Tratado sobre a Luz), no qual argumentou em favor de um
modelo ondulatório da luz.
Frontispício do
Traité de la
Lumière
Christian
Huygens
(1629-1695)
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Corpusculares da Radiação
A RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA
2. A NATUREZA DA LUZ – uma visão histórica
Uma outra idéia sobre a luz – Huygens
Através do conceito de frentes de onda, esta teoria deu
uma nova e mais completa explicação para os fenômenos da
reflexão.
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Corpusculares da Radiação
A RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA
2. A NATUREZA DA LUZ – uma visão histórica
Uma outra idéia sobre a luz – Huygens
Através do conceito de frentes de onda, esta teoria deu
uma nova e mais completa explicação para os fenômenos da
refração.
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Corpusculares da Radiação
A RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA
2. A NATUREZA DA LUZ – uma visão histórica
Experimentos Básicos – Grimaldi
Francesco Maria Grimaldi (1618-1663) observou os
efeitos de difração, mas o significado de suas observações
não foi compreendida naquela época.
Francesco
Grimaldi
(1618-1663)
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Corpusculares da Radiação
A RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA
2. A NATUREZA DA LUZ – uma visão histórica
Experimentos Básicos – Grimaldi
O resultado de suas observações foi publicado
postumamente em 1665 no livro “Physico Mathesis de
Lumine, Coloribus, et Iride”.
Em português o título do livro é “Teses Físicas da Luz,
Cor e Visão”.
Frontispício do Physico
Mathesis de Lumine,
Coloribus et Iride
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Corpusculares da Radiação
A RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA
2. A NATUREZA DA LUZ – uma visão histórica
Experimentos Básicos – Young
No início do Século XIX, Thomas Young (1773-1829) fez
alguns experimentos com a luz.
Thomas Young
(1773-1829)
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A RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA
2. A NATUREZA DA LUZ – uma visão histórica
Experimentos Básicos – Fresnel
Augustin Fresnel (1788-1827)
experimentos com a luz.
também
Lente de Fresnel na ilha
de Kullens – Suécia
Augustin Fresnel
(1788-1827)
Física Moderna I - Propriedades
Corpusculares da Radiação
fez
alguns
A RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA
1. Introdução
2. A Natureza da Luz
3. Luz – Comportamento Ondulatório
4. Luz – Comportamento Corpuscular
5. O Espectro da Radiação Eletromagnética
6. Aplicações da Radiação Eletromagnética – Geral
7. Aplicações da Radiação Eletromagnética – Infravermelho, Luz Visível,
e Ultravioleta
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Corpusculares da Radiação
A RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA
3. LUZ – Comportamento Ondulatório
Fenômenos ondulatórios: reflexão, refração e polarização
Todos os experimentos até agora podem ser
compreendidos tratando a luz como tendo comportamento
ondulatório.
Física Moderna I - Propriedades
Corpusculares da Radiação
A RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA
3. LUZ – Comportamento Ondulatório
Fenômenos ondulatórios: interferência e dispersão
Logo, a conclusão a que chegamos é que é possível
descrever a luz a partir de um comportamento puramente
ondulatório.
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Corpusculares da Radiação
A RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA
3. LUZ – Comportamento Ondulatório
A velocidade da luz em outros meios
Em 1850, Jean Bernard Léon Foucault (1819-1868)
descobriu que a luz de deslocava mais rápido no ar do que
na água.
Este resultado contrariava a teoria corpuscular de
Newton.
Jean Foucault
(1819-1868)
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Corpusculares da Radiação
A RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA
3. LUZ – Comportamento Ondulatório
Definitivamente, a luz se comporta como onda
Na segunda metade do Século XIX, James Clerk Maxwell
(1831-1879) provou que a velocidade de propagação de uma
onda eletromagnética no espaço equivalia à velocidade de
propagação da luz.
James Maxwell
(1819-1868)
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Corpusculares da Radiação
A RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA
3. LUZ – Comportamento Ondulatório
É mesmo uma onda....
Nas palavras de Maxwell, “a luz é uma “modalidade de
energia radiante” que se “propaga” através de ondas
eletromagnéticas”.
Maxwell apresentou seus resultados no livro “A Treatise
on Electricity and Magnetism”, publicado em 1873.
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Corpusculares da Radiação
A RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA
3. LUZ – Comportamento Ondulatório
Produção de Ondas Eletromagnéticas
Heinrich Hertz (1857-1894) demonstrou de forma
experimental a existência da radiação eletromagnética
criando aparelhos emissores e detectores de ondas de rádio.
Busto no campus da Universidade
de Karlsruhe. Tradução: Neste
local descobriu Heinrich Hertz as
ondas eletromagnéticas nos anos
1885 — 1889
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Corpusculares da Radiação
Heinrich Rudolf Hertz
(1857-1894)
A RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA
3. LUZ – Comportamento Ondulatório
Produção e Recepção de Ondas Eletromagnéticas
Oscilador de Hertz
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Corpusculares da Radiação
Rádio Receptor
A RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA
1. Introdução
2. A Natureza da Luz
3. Luz – Comportamento Ondulatório
4. Luz – Comportamento Corpuscular
5. O Espectro da Radiação Eletromagnética
6. Aplicações da Radiação Eletromagnética – Geral
7. Aplicações da Radiação Eletromagnética – Infravermelho, Luz Visível,
e Ultravioleta
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Corpusculares da Radiação
A RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA
4. LUZ – Comportamento Corpuscular
A Descoberta de Hertz
Em 1887 Hertz obteve a primeira evidência da relação da
luz com fenômenos elétricos.
Hertz notou que a centelha elétrica entre o anodo e o
catodo acontecia mais facilmente quando o cátodo (o pólo
negativo) era exposto à luz ultravioleta.
O Efeito
Fotoelétrico
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Corpusculares da Radiação
A RADIAÇÃO ELETROMAGNÉTICA
4. LUZ – Comportamento Corpuscular
Resultados melhorados de Hallwachs
Em 1888 Wilhelm Ludwig Franz Hallwachs (1859-1822)
deu prosseguimento aos experimentos de Hertz.
Desenho original no artigo
de Hallwachs
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Corpusculares da Radiação
Wilheim
Hallwachs
(1850-1920)