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Capítulo 8 - Física Estatística

TIPLER, Paul A.; LLEWELLYN, Ralph A. Grupo Gen PDF Criptografado

CAPÍTULO 8

Física Estatística

8-1

8-2

8-3

8-4

8-5

Estatística Clássica: Uma Revisão

Estatística Quântica

A Condensação de Bose-Einstein

O Gás de Fótons: Uma Aplicação da Estatística de

Bose-Einstein

Propriedades de um Gás de Férmions

O

mundo que experimentamos através dos sentidos é constituído por objetos macroscópicos, ou seja, sistemas muito maiores que as dimensões atômicas e que, por isso mesmo, contêm um grande número de átomos. Quando tentamos descrever as propriedades desses objetos a partir do comportamento dos

átomos, encontramos grandes dificuldades. Classicamente, o comportamento de qualquer sistema macroscópico pode, em princípio, ser analisado com detalhes a partir da solução das equações de movimento das partículas que o compõem e do conhecimento do estado de movimento das partículas em um determinado instante; na prática, porém, esta abordagem é totalmente inviável. Considere, por exemplo, como seria difícil estudar as propriedades de um litro de um gás nas CNTPs resolvendo simultaneamente as equações de movimento das 1022 moléculas que a amostra contém. Felizmente, podemos estimar os valores de muitas propriedades mensuráveis de um sistema macroscópico sem necessidade de estudar os movimentos de cada partícula. Para conseguir esse feito notável, aplicamos princípios gerais da física, como as leis de conservação da energia e do momento, a conjuntos formados por um grande número de partículas, ignorando os movimentos individuais dessas partículas, e determinamos o comportamento provável do sistema a partir de considerações estatísticas. A seguir, lançamos mão do fato de que existe uma relação entre o comportamento previsto e as propriedades mensuráveis do sistema. Esta forma de estudar o comportamento de sistemas macroscópicos é conhecida como mecânica estatística e normalmente surte bons resultados apenas se o sistema contém um número suficiente de partículas para que a teoria estatística clássica possa ser empregada.1

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Capítulo 12 - Física de Partículas

TIPLER, Paul A.; LLEWELLYN, Ralph A. Grupo Gen PDF Criptografado

CAPÍTULO 12

Física de Partículas

12-1

12-2

12-3

12-4

12-5

Conceitos Básicos

Interações Fundamentais e Partículas Mediadoras

Leis de Conservação e Simetrias

O Modelo-padrão

Para Além do Modelo-padrão

S

e não levarmos em conta as especulações do filósofo grego

Demócrito (cerca de 460 a.C.-370 a.C) e a teoria atômica da matéria de Dalton (1808),1 a história da física de partículas começou com a descoberta do elétron por Thomson, em 1897 (veja a Seção 3-1). Em 1913, Rutherford descobriu o núcleo atômico e batizou o núcleo do elemento mais leve, o hidrogênio, com o nome de próton (veja a Seção 4-2). Quando os cientistas começaram a investigar elementos mais pesados, descobriram um fato curioso: a massa atômica aumentava mais depressa que a carga nuclear, embora ambas, aparentemente, fossem proporcionais ao número de prótons no núcleo. O problema foi resolvido em 1932, quando Chadwick descobriu o nêutron (veja a

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Capítulo 7 - Física Atômica

TIPLER, Paul A.; LLEWELLYN, Ralph A. Grupo Gen PDF Criptografado

CAPÍTULO 7

Física Atômica

7-1

A Equação de Schrödinger em Três Dimensões

7-2

Quantização do Momento Angular e da Energia do

Átomo de Hidrogênio

7-3

As Funções de Onda do Átomo de Hidrogênio

7-4

O Spin do Elétron

7-5

Momento Angular Total e Interação Spin-Órbita

7-6

A Equação de Schrödinger para Duas (ou Mais)

Partículas

7-7

Estados Fundamentais dos Átomos: A Tabela

Periódica

7-8

Estados Excitados e Espectros dos Metais

Alcalinos

N

este capítulo, vamos aplicar a teoria quântica a sistemas atômicos. Para todos os átomos neutros, com exceção do hidrogênio, a equação de Schrödinger não pode ser resolvida exatamente. Apesar disso, foi no reino da física atômica que a equação de Schrödinger colheu seus maiores sucessos, já que os físicos sabem como descrever matematicamente a interação eletromagnética dos elétrons com outros elétrons e com o núcleo atômico. Com o uso de métodos aproximados e de computadores de alta velocidade, vários aspectos do comportamento de

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Capítulo 6 - A Equação de Schrödinger

TIPLER, Paul A.; LLEWELLYN, Ralph A. Grupo Gen PDF Criptografado

CAPÍTULO 6

A Equação de Schrödinger

6-1

6-2

6-3

6-4

6-5

6-6

A Equação de Schrödinger em Uma Dimensão

O Poço Quadrado Infinito

O Poço Quadrado Finito

Valores Esperados e Operadores

O Oscilador Harmônico Simples

Reflexão e Transmissão de Ondas

O

fato de que o uso de ondas clássicas estacionárias parecia ser uma forma natural de quantizar o momento e a energia das partículas com massa de repouso diferente de zero, apoiado pela demonstração experimental da difração de elétrons e outras partículas, inspirada na hipótese de de Broglie, levou os físicos a buscar uma teoria ondulatória para o elétron análoga à teoria ondulatória da luz. Nessa teoria ondulatória do elétron, a mecânica clássica apareceria como o limite para pequenos comprimentos de onda, assim como a ótica geométrica é o limite da teoria ondulatória da luz para pequenos comprimentos de onda.

A gênese da teoria correta é descrita da seguinte forma por Felix

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Capítulo 3 - Quantização da Carga, Luz e Energia

TIPLER, Paul A.; LLEWELLYN, Ralph A. Grupo Gen PDF Criptografado

CAPÍTULO 3

Quantização da Carga,

Luz e Energia

3-1

Quantização da Carga Elétrica

3-2

Radiação de Corpo Negro

3-3

Efeito Fotelétrico

3-4

Raios X e o Efeito Compton

3-1 Quantização da Carga

Elétrica

Primeiras Medições de e e e/m

A

ideia de que a matéria é composta de pequenas partículas, ou átomos, foi proposta pela primeira vez pelo filósofo grego Demócrito1 e seu mestre Leucipo, por volta de 450 a.C.

Entretanto, até o século XVII não houve tentativas sérias de confirmar esta especulação através de observações experimentais. Pierre Gassendi, na metade do século XVII, e Robert

Hooke, alguns anos mais tarde, tentaram explicar os estados da matéria e as transformações entre esses estados usando um modelo segundo o qual a matéria era composta por objetos sólidos indestrutíveis, de pequenas dimensões, que estavam em movimento constante. Entretanto, foi a hipótese de Avogadro, formulada em 1811, de que todos os gases a uma dada temperatura contêm o mesmo número de moléculas por unidade de volume, que levou à interpretação correta das reações químicas e, mais tarde, por volta de 1900, à teoria cinética dos gases. Além disso, a hipótese de Avogadro permitiu explicar quantitativamente muitas propriedades da matéria e levou a uma aceitação geral (embora não unânime) da teoria molecular da matéria. Assim, ficou estabelecido que a matéria não é contínua, como parece à primeira vista, e sim quantizada, ou seja, formada por partículas distintas. O fato de que a matéria parece ser contínua foi atribuído ao pequeno tamanho dessas partículas.

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