O iluminado Einstein

Palestra apresentada no XXXIIIEncontro de Físicos do Norte eNordeste, Natal, 9-13/11/2015

Carlos Alberto dos [email protected]

Instituto de FísicaUFRGS


ou . . .


De como a luz entrou na vida científica de Albert Einstein


As portas de entrada

eletro-magnetismo

mecânicanewtoniana

termo-dinâmica

teoriada

relatividadeteoriaquântica


teoriada

relatividade

GeralEspecial ou restrita

E=mc2

Contração espacial e dilatação temporal

Curvatura da luz num campo gravitacional

radioatividade


teoriaquântica

Quantização da luz: fóton

Calor específico de

sólidos

Emissão de luz estimulada:

laser

Células fotovoltaicas

Fotossíntese

Efeito fotoelétrico


Por que destacar o Efeito

fotoelétrico


Tema importante e presente em muitos livros-textos, nem sempre com a devida precisão conceitual e histórica.

Tem sido usado em muitas tentativas de inserção de física moderna e contemporânea no ensino médio.

A teoria do gatilho de Lenard é pouco conhecida. A dificuldade para aceitação da teoria de Einstein,

por parte da comunidade científica. A controvérsia em torno do assunto é um belo

exemplo de história e epistemologia da física.


http://www.if.ufrgs.br/tex/fis142/fismod/mod00/


Como Einstein chegou a tudo isso


https://i.ytimg.com/vi/AcKuf26Fr4w/maxresdefault.jpg


1895: Perseguindo um raio luminoso, com a velocidade da luz

Einstein e seus colegas na Escola de Aarau, 1896.

16 anos, devaneio juvenil


http://www.pitt.edu/~jdnorton/Goodies/Chasing_the_light/

Palestra apresentada no XXXIIIEncontro de Físicos do Norte eNordeste, Natal, 9-13/11/2015 https://periodicos.ufsc.br/index.php/fisica/article/view/2175-7941.2012v29n1p52


KNOBEL, Marcelo; SCHULZ, Peter A. (orgs.). Einstein: muito além da

relatividade. São Paulo: Instituto Sangari, 2010.

Palestra apresentada no XXXIIIEncontro de Físicos do Norte eNordeste, Natal, 9-13/11/2015 http://www.nasa.gov/centers/glenn/technology/warp/possible_prt.htm


O fantasma da ação à distância


O homem caíndo e o princípio da equivalência

https://einstein.stanford.edu/Library/images/ep_cartoons-lg.jpg


O princípio da equivalênciaAceleração = Gravidade

Sciences et Avenir, Hors Serie, Jan/Fev 2015


Curvatura espaço-tempo


Efeito fotoelétrico . . .

Palestra apresentada no XXXIIIEncontro de Físicos do Norte eNordeste, Natal, 9-13/11/2015 Anotações da ETH

Não foi por acaso


O Efeito fotoelétrico

antes de Einstein


1887: Hertz descobre o fenômeno

Mostrou que o fenômeno deveria ser devido apenas à luz ultravioleta


http://www.fisica.ufpb.br/~romero/objetosaprendizagem/Rived/20EfeitoFotoeletrico/Animacao/foto_mod7.swf

http://www.fisica.ufpb.br/~romero/objetosaprendizagem/Rived/20EfeitoFotoeletrico/Animacao/foto_mod7.swf


1888: Wilhelm Hallwachs

Mostrou que corpos metálicos irradiados com luz ultravioleta adquiriam carga positiva


1889: Philipp Lenard e Max Wolf

Sugerem que a luz ultravioleta arranca partículas da superfície do metal


1889: J.J. Thomson

Postula que o efeito fotoelétrico consiste na emissão de raios catódicos. Em 1897 ele descobriria que os raios catódicos são elétrons!


Lenard continua investigando o fenômeno, mas não o decifra


Um dos melhores artigos sobre as investigações de Lenard

http://www.jstor.org/stable/27757381?seq=1#page_scan_tab_contents


1. Lenard trabalha com a hipótese de que os raios catódicos eram ondas no éter. Em 1897 Thomson descobre que eram elétrons.

2. 1893: raios catódicos (RC) passando por uma fina folha metálica. Aqui começa a teoria do gatilho. Os RC induzem a emissão de partículas carregadas na folha e ionizam o ar fora do tubo. Ele estava errado, poderia ter descoberto os raios-X!

3. 1902: a velocidade máxima dos elétrons independe da intensidade da luz.

Resultados e conclusões de Lenard


4. A fotocorrente depende da intensidade da radiação, para determinada frequência. Ele não conseguiu observar uma corrente tão baixa que não produzisse fotocorrente.

5. A energia da luz não é transformada na energia do elétron. A luz apenas estimula os átomos a emitirem elétrons, através de um processo de ressonância. Teoria do gatilho.

6. Um elétron só pode ser liberado se a frequência da luz corresponde à frequência do elétron no átomo.



7. O efeito fotoelétrico depende unicamente das propriedades do catodo.

8. Não fez qualquer estudo para correlacionar a frequência da luz com a velocidade dos elétrons.



Somando, subtraíndo, multiplicando e

dividindo, os trabalhos de Lenard resultaram basicamente na sua

teoria do gatilho


1905: Lenard ganha o Nobel de Física


Einstein entra em cenaAcademia Olímpia

Maurice Solovine

Conrad HabichtAlbert Einstein


1901: Carta para Mileva

Acabei de ler um maravilhoso trabalho de Lenard sobre a geração de raios catódicos pela luz ultravioleta. Sob a influência desse belo ensaio fiquei cheio de tanta alegria e satisfação que era absolutamente necessário dividir um pouco dessa emoção com você.

Papirus, 1992, p.99.


Efeito fotoelétrico: o título Sobre um ponto de vista heurístico referente à produção e transformação da luz


Efeito fotoelétrico: a premissa

Na propagação de um raio de luz emitido por uma fonte pontual, a energia não é distribuída continuamente no espaço. Ela consiste de quanta de energia localizados em pontos do espaço, e que só

Quantização da luz

podem ser absorvidos ou gerados como unidades completas

Princeton Univ. Press, 1998, p.177


Efeito fotoelétrico: o problema

Um espaço contendo um gás de moléculas e elétrons, fechado por paredes idealmente refletoras. No interior, existem elétrons presos, denominados ressonadores, que emitem e absorvem ondas eletromagnéticas.

Trata-se de um corpo negro



Efeito fotoelétrico: questões abordadas


1. Dificuldade da teoria da radiação de corpo negro.2. Determinação do quanta elementar de Planck.3. Entropia da radiação.4. Limitação da entropia de radiação monocromática para

radiação de baixa densidade.

5. Dependência da entropia no volume de gases e soluções diluídas.


Efeito fotoelétrico: questões abordadas


6. Interpretação da expressão para a dependência volumétrica da entropia de radiação monocromática, conforme o princípio de Boltzmann.

7. A regra de Stokes8. A geração de raios catódicos pela iluminação de

corpos sólidos.9. Ionização de gases pela luz ultravioleta.


A equação do efeito fotoelétrico

P = VRb/N = h

P = função trabalho = f

eV = hn - f


O Efeito fotoelétrico depois de Einstein

7. Até 1911, a teoria do gatilho ainda era considerada como uma das grandes verdades da física.

8. Em 1913, depois do trabalho de Bohr, a teoria do gatilho foi desconsiderada.


Millikan tenta provar que Einstein está errado. Passa 10 anos medindo a

constante de Planck através do efeito

fotoelétrico


Franklin, A. The European Physical Journal H, 38 (2013) 573-594


Mesmo assim, a ideia do quantum de luz não foi aceita por

grande parte da comunidade

científicaAté que . . .


Compton prova a existência do

fóton, mas não cita Einstein na sua conferência

Nobel


[email protected]

O iluminado Einstein

Education

Transcript of O iluminado Einstein