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Natureza dualística da radiação electromagnética Intermédio

Publicado em 13/07/2009 

Ficha de Aprendizagem

Síntese

Introdução à natureza dualística, partícula-onda, da radiação electromagnética. Quantização da energia da radiação electromagnética.

Palavras-chave
  • radiação electromagnética
  • efeito fotoeléctrico
  • Planck
  • dualismo da radiação
  • fotão
Objectivos de aprendizagem

A aprendizagem neste tópico envolve os seguintes objectivos:

  • Identificar a natureza dualística da radiação electromagnética;
  • Descrever a radiação electromagnética enquanto fenómeno ondulatório e enquanto fenómeno corpuscular;
  • Compreender a quantização da energia da radiação electromagnética.
Pré-requisitos

Os seguintes conhecimentos são essenciais para a compreensão deste tópico:

A radiação electromagnética é um fenómeno ondulatório envolvendo a propagação de um campo magnético vector_B e de um campo eléctrico vector_E, em fase e perpendiculares entre si, na direcção da propagação, de acordo com uma função sinusoidal representada na figura 1.

Campo magnético e eléctrico

Fig. 1 – Campo magnético e eléctrico.

Propaga-se no vácuo com velocidade finita e constante c ≈ 3 × 10 8ms-1. Este valor é inferior em todos os meios (que não o vácuo), mas pode-se considerar aproximadamente igual para um meio com baixo índice de refracção, como o ar.

A frequência da radiação v está relacionada com o seu comprimento de onda λ através da relação:

λv = c

A radiação electromagnética exibe tanto comportamento ondulatório (com fenómenos de interferência e de difracção) como comportamento corpuscular, observável no efeito fotoeléctrico.

O efeito fotoeléctrico mostrou que a radiação electromagnética é emitida ou absorvida pela matéria em quantidades discretas de energia, múltiplas de uma quantidade elementar de energia Ef = hν, característica da frequência da radiação (h é a constante de PlanckGlossário). A partícula portadora dessa quantidade elementar de energia é o fotão.

Naturalmente, a natureza corpuscular da radiação não nega a sua natureza ondulatória, antes estabelece que os dois aspectos têm que ser considerados e que a descrição mais correcta é dualística. Combinando os dois aspectos podemos relacionar o comprimento de onda da radiação, λ, com o momento linear do fotão, p.

Combinando as relações E = hν (PlanckLink externo e E = mc2 (Einstein) obtém-se:

equação 2
equação 3

uma relação que indica que a radiação electromagnética de comprimento de onda λf é constituída por corpúsculos com momento linear p.

Radiação electromagnética

O espectro da radiação electromagnética é dividido de acordo com a frequência (ou o comprimento de onda), abrangendo desde radiação classificada como de alta energia como raios gama ou raios X (estes últimos usados, por exemplo, em técnicas de difracção muito úteis para o estudo de estruturas de moléculas), até radiação de baixa energia como as ondas rádio.

Espectro da radiação electromagnética

Fig. 2 – Espectro da radiação electromagnética.

Autor e Créditos

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