A Matéria Prima da Matéria

Proposta de Trabalho Colaborativo para o Dia 03/09/2009.

1 - Título:
A Matéria Prima da Matéria

2 – Objetivo Geral:
Reconhecer e distinguir deferentes modelos que constituem a matéria.

3 – Objetivos Específicos:
· Apresentar a evolução científica para explicar a estrutura atômica.
· Compreender a necessidade de abandonar uma descrição geométrica para a estrutura da matéria.

4 – Conteúdo:
A estrutura da matéria e o núcleo atômico.

5 – Referência Bibiográfica:
PINTO, Alexandre Custódio. PEC – Projeto Escola e Cidadania para Todos: física, volume 3:ensino médio. São Paulo: do Brasil, 1007. p.07-29.

6 – Procedimentos:
· Organização em grupos de 04 a 06 alunos.
· Leitura e interpretação do texto: A Matéria Prima da Matéria, publicado no livro didático PEC-3.
· Pesquisa de assuntos relacionados ao núcleo atômico e sua caracterização, com os recursos na web e na biblioteca.
· Elaboração de slides (máximo 10) em power point, ilustrando a compreensão da estrutura da matéria, a partir da construção humana.

7 – Critérios de avaliação:
· Coerência com o tema proposto ......1,0 ponto
· Criatividade na apresentação............1,0 ponto
· Objetividade com o conteúdo............1,0 ponto

Fluorescência

Muitos materiais que são excitados por luz ultravioleta emitem luz visível sob relaxação. Esse fenômeno recebe o nome de fluorescência. Nesses materiais, um fóton de luz ultravioleta excita o átomo, impulsionando um de seus elétrons para um estado de energia mais alta. Nesse salto quântico “para cima”, o átomo provavelmente salta vários estados de energia intermediários. Assim, ao relaxar, o átomo pode realizar vários saltos menores, emitindo fótons com energias menores.

Esse processo de excitação e relaxação é como subir uma escala pequena com um salto só e depois descer um ou dois degraus de cada vez. Por isso a luz ultravioleta que incida sobre o material o fará brilhar predominantemente em vermelho, amarelo ou outra cor qualquer que seja característica do material. Corantes fluorescentes são usados em tintas e tecidos para que brilhem quando bombardeados pelos fótons de luz ultravioleta da luz solar.

Quando existir um tempo de atrase entre a excitação e a relaxação, ocorrerá a fosforescência. O elemento fósforo é um bom exemplo disto. O fósforo e outros materiais são usados em objetos feitos para brilhar no escuro. O atraso depende do material e pode ser de várias horas. Quando a fonte de excitação é removida (tal como quando as luzes de iluminação são desligadas), ocorre um efeito de pós-brilho prolongado enquanto milhões de átomos sofrem relaxação espontaneamente. Veja o vídeo: Como é fabricada uma lâmpada fluorescente? E logo em seguida, responda as perguntas que estão abaixo do vídeo.



1 - Procure refletir e pesquisar sobre o espectro de emissão explicado.
2 - Suponha que um colega sugira que, para um bom funcionamento, os átomos do gás neônio no interior de um tubo deveriam ser periodicamente substituídos por átomos “frescos”, pois a energia dos átomos tende a se exaurir com a contínua excitação dos mesmos, produzindo uma luz cada vez mais fraca. O que você diria a respeito?
3 - Por que seria impossível a um material fluorescente emitir luz ultravioleta quando iluminado com luz infravermelha?
4 - Procure explicar como funcionam as lâmpadas fluorescentes.

A Ideia do Quantum - O Efeito Fotoelétrico

Assista atentamente ao vídeo: A Ideia do Quantum - Efeito Fotoelétrico

Pergunta-se:
1) O que significa a palavra quantum?
2) Qual é a energia total de um feixe monocromático formado por n fótons de frequência f?

O Efeito Fotoelétrico - de Planck a Einstein

Os físicos ficaram relutantes em aceitar a noção revolucionária do quantum de Planck. Para ser considerada seriamente, a ideia do quantum teria de ser comprovada em algum fenômeno além das regularidades da energia radiante. A comprovação que faltava foi fornecida em 1905 por Albert Einstein, que estendeu a ideia de Planck para explicar a emissão de elétrons por certos materiais cujas superfícies eram iluminadas por luz ultravioleta. Este fenômeno foi denominado efeito fotoelétrico, e desde então tem sido usado nas células fotoelétricas existentes nos medidores de distância ópticos e nos operadores automáticos de portas.

Einstein concebeu a luz não como uma onda contínua, mas como um feixe de partículas ou pacotes de energia (mais tarde chamados de fótons). Ele postulou que a energia E de um único fóton é proporcional à frequência f da onda luminosa correspondente. Essa energia é dada por: E = h.f, onde h é um número chamado de constante de Planck.

Assim, um fóton de luz violeta (alta frequência) transporta mais energia do que um fóton de luz vermelha (baixa frequência). Embora um feixe brilhante de luz vermelha tenha mais fótons do que um feixe fraco de luz violeta e, portanto, mais energia, o feixe de luz violeta transporta mais energia por fóton. O efeito fotoelétrico revela que os fótons interagem com a matéria um de cada vez.

1ª explicação do Efeito Fotoelétrico

Em 1900, o físico teórico alemão Max Planck tentava explicar por que a luz de frequências mais altas só é emitida por objetos em altas temperaturas. Por que, por exemplo, o filamento avermelhado de uma lâmpada não emite luz violeta? Os modelos clássicos para os corpos radiantes previam que a maior parte da energia irradiada pelos objetos deveria ocorrer nas altas frequências. O fato de que estas frequências não apareciam na emissão era então chamado “catástrofe do ultravioleta” e requeria um novo modelo de como a matéria irradia. Planck supôs que os objetos quentes emitissem energia radiante (luz) em “pacotes” individuais. Planck denominou cada um deles de quantum (plural quanta). De acordo com Planck, a energia de cada quantum é proporcional à frequência da radiação. Assim, uma quantidade maior de energia está associada ao quantum de luz violeta do que ao de luz vermelha. Assim, um objeto vermelho incandescente não deverá emitir quanta de luz violeta com altas energias até que sua temperatura seja muito alta.