Efeito Fotoelétrico

Foi notado no final do século XIX por Heinrich Hertz que a iluminação de eletrodos facilitava a produção de descargas elétricas entre eles no vácuo. De fato, colocando duas placas metálicas ligadas aos pólos de uma bateria dentro de um recipiente de vidro onde se retirou o ar, não há passagem de corrente elétrica. Na medida que a placa negativa é iluminada de maneira conveniente, o circuito permite a passagem da corrente, o que indica liberação de elétrons do metal. O surgimento desta corrente está associada a freqüência da luz incidente. Se esta freqüência fica abaixo de um limiar, que depende de cada material, não há passagem de corrente, independente da intensidade da luz incidente. Este fenômeno foi explicado por A. Einstein em 1905, considerando a luz como constituída por partículas individuais (fótons), com energias bem definidas, o que contrapõe ao caráter ondulatório da luz, já bem estabelecido naquela época. O caráter aparentemente ambíguo da luz sendo considerada onda e partícula, foi fundamental para compreensão de que, a nível atômico e subatômico, a distinção entre estas características perdem o sentido. Assim, dependendo da observação a ser feita, a luz pode se manifestar como onda ou como partícula. Sabe-se hoje que outras entidades, tal como o elétron, também apresentam propriedades ora de partículas, ora de ondas. Um uso que se faz do efeito fotoelétrico é em um dispositivo que permite a variação da resistência elétrica dependendo da luz incidente. Este dispositivo é chamado de LDR (Light Dependent Resistor) e utiliza propriedades de materiais chamados semicondutores.
Experiência:

A fonte C.A. pode ser uma tomada, uma lâmpada de 25W é suficiente para demonstração e o LDR pode ser adquirido em uma casa que comercializa dispositivos eletro-eletrônicos. Ao encobrir-se o LDR, isto é, impedir a incidência de luz sobre ele, o circuito é interrompido (a lâmpada se apaga). Quando é permitida a incidência de luz, sua resistência diminui permitindo a passagem de corrente e a lâmpada acende.

Dois Homens Querem Salvar a Terra de Buraco Negro Criado em Laboratório

Mais combates no Iraque. Somália no caos. As pessoas neste país não conseguem pagar suas hipotecas e em alguns lugares agora as pessoas não conseguem nem mesmo comprar arroz.

Mas nada disso e nem o restante das notícias preocupantes das atuais primeiras páginas importará caso dois homens, que estão impetrando um processo em um tribunal federal no Havaí, estiverem certos. Eles acham que um acelerador gigante de partículas, que começará a fragmentar prótons nos arredores de Genebra neste ano, poderá produzir um buraco negro que significará o fim da Terra -e talvez do universo.

Os cientistas dizem que é muito improvável -apesar de terem feito alguma checagem para se certificarem.


Os físicos do mundo gastaram 14 anos e US$ 8 bilhões construindo o Grande Colisor de Hádrons, no qual a colisão de prótons recriará energias e condições vistas pela última vez a um trilionésimo de segundo após o Big Bang. Os pesquisadores analisarão os destroços destas recriações primordiais em busca de pistas sobre a natureza da massa e de novas forças e simetrias na natureza.

Mas Walter L. Wagner e Luis Sancho argumentam que os cientistas no Centro Europeu de Pesquisa Nuclear (Cern, na sigla em francês), subestimaram as chances de que o colisor possa produzir, entre outros horrores, um minúsculo buraco negro, que, segundo eles, devoraria a Terra. Ou que possa cuspir um "strangelet", que converteria nosso planeta a uma massa densa morta e encolhida de algo chamado "matéria estranha". O processo deles também diz que o Cern não forneceu uma declaração de impacto ambiental de acordo com o exigido pela Lei Nacional de Política Ambiental.

Apesar de soar bizarro, o caso toca em uma questão séria que tem incomodado acadêmicos e cientistas nos últimos anos -como estimar o risco de novas experiências inovadoras e a quem cabe a decisão de prosseguir ou não.

O processo, impetrado em 21 de março no Tribunal Distrital Federal em Honolulu, busca uma injunção temporária proibindo o Cern de prosseguir com o acelerador até que produza um relatório de segurança e uma avaliação de impacto ambiental. Ele cita o Departamento de Energia dos Estados Unidos, o Laboratório Nacional do Acelerador Fermi, a Fundação Nacional de Ciência e o Cern como réus.

Segundo um porta-voz do Departamento de Justiça, que está representando o Departamento de Energia, uma reunião foi marcada para 16 de junho.

Por que o Cern, uma organização de países europeus com sede na Suíça, deveria comparecer a um tribunal no Havaí?

Em uma entrevista, Wagner disse: "Eu não sei se vão aparecer". O Cern teria que se submeter voluntariamente à jurisdição do tribunal, ele disse, acrescentando que ele e Sancho poderiam ter processado na França ou na Suíça, mas para economizar as despesas eles acrescentaram o Cern ao processo aqui. Ele alegou que a injunção ao Farmilab e ao Departamento de Energia, que ajudam a fornecer e manter os imensos ímãs supercondutores do acelerador, desativaria o projeto de qualquer forma.

James Gillies, chefe de comunicações do Cern, disse que o laboratório ainda não tem nenhum comentário sobre o processo. "É difícil entender como um tribunal distrital no Havaí teria jurisdição sobre uma organização intergovernamental na Europa", disse Gillies.

"Não há nada novo sugerindo que o colisor é inseguro", ele disse, acrescentando que sua segurança foi confirmada por dois relatórios, que um terceiro está a caminho e estará sujeito a uma discussão aberta no laboratório em 6 de abril.

"Cientificamente, não estamos escondendo nada", ele disse.

Mas Wagner não está tranqüilizado. "Eles fazem muita propaganda dizendo que é seguro", ele disse em uma entrevista, "mas basicamente é propaganda".

Em uma mensagem por e-mail, Wagner chamou o relatório de segurança do Cern de "fundamentalmente falho" e disse que foi iniciado tarde demais. O processo de revisão viola os padrões da Comissão Européia de adesão ao "Princípio Precautório", ele escreveu, "e foi feito por cientistas que são 'parte interessada'".

Físicos de dentro e fora do Cern disseram que vários estudos, incluindo um relatório oficial do Cern em 2003, concluíram que não há problema. Mas para ter certeza, no ano passado o anônimo Grupo de Avaliação de Segurança realizaria uma nova revisão.

"A possibilidade de um buraco negro devorar a Terra é uma ameaça tão séria que a deixamos como tema de discussão para malucos", disse Michelangelo Mangano, um teórico do Cern que disse fazer parte do grupo. Os outros preferem permanecer anônimos, disse Mangano, por vários motivos. O relatório deles foi entregue em janeiro.

Este não é o primeiro processo de Wagner. Ele impetrou ações semelhantes em 1999 e 2000, para impedir o Laboratório Nacional de Brookhavem de operar o Colisor Relativístico de Íons Pesados. O processo foi indeferido em 2001. O colisor, que colide íons de ouro na esperança de criar o que é chamado de "plasma quark-glúon", opera sem incidentes desde 2000.

Wagner, que vive na Grande Ilha do Havaí, estudou física e realizou pesquisa de raios cósmicos na Universidade da Califórnia, em Berkeley, e recebeu doutorado em Direito por aquela que é atualmente conhecida como Universidade do Norte da Califórnia, em Sacramento. Ele posteriormente trabalhou como diretor de segurança de radiação para a Administração de Veteranos.

Sancho, que descreve a si mesmo como um autor e pesquisador de teoria do tempo, vive na Espanha, provavelmente em Barcelona, disse Wagner.

Os temores apocalípticos têm um longo histórico, mesmo que não ilustre, na física. Em Los Alamos antes do teste da primeira bomba nuclear, Emil Konopinski foi encarregado da tarefa de calcular se a explosão incendiaria ou não a atmosfera.

O Grande Colisor de Hádrons é projetado para disparar prótons em energias de 7 trilhões de elétrons-volt antes de colidirem um contra o outro. Na verdade, nada acontecerá no colisor do Cern que não aconteça 100 mil vezes por dia pelos raios cósmicos na atmosfera, disse Nima Arkani-Hamed, um teórico de partículas do Instituto para Estudos Avançados em Princeton.

O que é diferente, reconhecem os físicos, é que os fragmentos dos raios cósmicos passam inofensivamente pela Terra quase à velocidade da luz, mas o que quer que seja criado quando os raios baterem de frente no colisor nascerá em relativo repouso para o laboratório, de forma que permanecerá ali e portanto poderia causar caos.

As novas preocupações são a respeito dos buracos negros que, segundo algumas variações da teoria das cordas, poderiam surgir no colisor. Esta possibilidade foi muito alardeada em muitos estudos e artigos populares nos últimos anos, mas seriam perigosos?

Segundo um estudo do cosmólogo Stephen Hawking em 1974, eles evaporariam rapidamente em um vestígio de radiação e partículas elementares, portanto sem representar ameaça. Mas ninguém já viu um buraco negro evaporar.

Conseqüentemente, Wagner e Sancho argumentam em sua queixa, os buracos negros poderiam realmente ser estáveis, e um micro buraco negro criado pelo colisor poderia crescer, no final engolindo a Terra.

Mas William Unruh, da Universidade da Colúmbia Britânica, cujo trabalho explorando os limites do processo de radiação de Hawking é citado no site de Wagner, disse que ele não entendeu seu argumento. "Talvez a física realmente seja tão estranha a ponto de buracos negros não evaporarem", ele disse. "Mas realmente teria que ser muito, muito estranha."

Lisa Randall, uma física de Harvard cujo trabalho ajudou a alimentar a especulação sobre buracos negros no colisor, apontou em um trabalho no ano passado que buracos negros não seriam produzidos no colisor, apesar de que outros efeitos da chamada gravidade quântica poderão aparecer.

Como parte do relatório de avaliação de segurança, Mangano e Steve Giddings, da Universidade da Califórnia, em Santa Barbara, trabalharam intensamente nos últimos meses em um estudo que explora todas as possibilidades destes temidos buracos negros. Eles acham que não há problemas, mas relutam em conversar sobre suas conclusões até passarem pela revisão de seus pares, disse Mangano.

Arkani-Hamed disse, em relação às preocupações com a morte da Terra ou do universo, que "nenhuma tem qualquer mérito".

Ele apontou que devido à natureza aleatória da física quântica, há alguma probabilidade de quase qualquer coisa acontecer. Há uma probabilidade minúscula, ele disse, do "Grande Colisor de Hádrons criar dragões que possam nos devorar".

Exercícios !

Nessa postagem serão colocados exercícios sobre os nossos assuntos tratados no blog.

Dia: 31/03/08
Assunto: Carga elétrica

Exercícios:

01. Determine a quantidade de carga elétrica associada a 500 elétrons.

Dia: 31/03/08
Assunto: Luz

01. Qual é a dimensão do ano-luz?

02. (Fuvest-SP) Admita que o Sol subtamente "morresse", ou seja, sua luz deixasse de ser emitida. Vinte e quatro horas depois esse evento, um eventual sobrevivente, olhando para o céu sem nuvens, veria:

a) a Lua e as estrelas
b) somente a Lua
c) uma completa escuridão
d) somente as estrelas
e) somente os planetas do sistema solar

Albert Einstein

Físico alemão Albert Einstein que radicou-se nos EUA é considerado um dos maiores gênios científicos de todos os tempos. Nasceu em Ulm, mas viveu em Munique e na Suíça. Em 1900, formou-se na Escola Politécnica de Zurique. Cinco anos depois, formulou a Teoria da Relatividade Restrita e passou a publicar artigos sobre Física teórica. Em 1909, tornou-se professor da Universidade de Zurique e, em 1914, pesquisador do Instituto de Física Kaiser Guilherme, em Berlim. Um ano depois enuncia a Teoria Geral da Relatividade, que apresenta uma nova visão dos fenômenos gravitacionais. Em 1921, recebe o Prêmio Nobel de Física. Com a chegada de Hitler ao poder, é obrigado a fugir do país. Vai para os EUA e ganha cidadania norte-americana em 1940. Suas teorias permitem a construção da primeira bomba atômica . Após as explosões no Japão, no final da 2ª Guerra Mundial (1939-1945), defende a fiscalização do uso da energia atômica e luta pelo pacifismo. Diante dos avanços de outros cientistas, acredita que sua teoria está errada por pressupor que o Universo é estático. Nos anos 80, pesquisadores provam que as teorias da relatividade são compatíveis com o modelo de Universo em expansão.

A Luz

A luz é ma forma de energia que se propaga nos meios materiais e também no vácuo. A luz emitida pelo sol chega a nós em 8 minutos e 20 segundos, percorrendo 150 milhões de quilômetros a uma velocidade de 300 mil quilômetros por segundo.

A grandeza 1 ano-luz corresponde a distância percorrida pela luz durante um ano, no vácuo. Para tranformarmos 1 ano-luz em quilômetros, devemos multiplicar a velocidade da luz no vácuo (300 000 km/s), pelo intervalo de tempo de 1 ano que, em segundos, corresponde a 31500000 s. Assim temos: 1 ano-luz = 9500000000000 km.

A luz emitida pelo Sol é branca, uma luz policromática (várias cores) que pode ser decomposta em luzes monocromáticas (uma só cor). As luzes monocromáticas principais que compõe a luz branca são sete: vermelha, alaranjada, amarela, verde, azul, anil e violeta. Para observarmos a decomposição da luz branca em suas cores componentes principais, basta fazermos a luz solar incidir sobre um prisma ou sobre gotículas de água (arco-íris).

Cada cor possui uma energia diferente, e a energia aumenta da cor vermelha para a violeta, mas todas as cores propagam-se no vácuo com a mesma velocidade: 300 000 km/s.

Nos meios homogêneos e transparentes, a luz se propaga em linha reta. Para representarmos a propagação retilínea da luz utilizamos os raios de luz que são linhas orientadas que representam a direção e o sentido de propagação da luz. O conjunto de raios de luz constitiu em feixe de luz. Assim, podemos ter feixe de luz constituído por raios paralelos, convergentes ou divergentes. Com base no conceito de raio de luz, podemos representaros três fenômenos luminosos básicos: reflexão, refração e absorção.

A reflexão regular é obtida quando a luz incide sobre superfícies totalmente polidas, como no caso dos espelhos. E a reflexão difusa é obtida em superfícies ásperas, como no caso de uma parede pintada de branco.

Meios ópticos:

Um meio é dito opaco quando a luz praticamente não se propaga nele. Exemplos: madeira e metais. Diz-se translúcido quando a luz se propaga. E, diz-se transparente quando a luz se propaga a grandes distâncias e segue trajetórias previsíveis e bem determinadas. Note que, por exemplo, a água, pode ser considerada transparente se a espessura da camada de água permitir a passagem de luz nas condições descritas acima, e pode ser considerada opaca se a espessura da camada de água for considerável, como no caso dos oceanos.

Formação de imagens no espelho plano:

Consideramos um objeto real situado diante de um espelho plano, conforme ilustra a figura a seguir:

A luz emitida pelo objeto sobre reflexão no espelho e atinge os olhos do observador, que tem a impressão de que a luz vem de trás do espelho.

Carga Elétrica

A matéria é formada por átomos, que por sua vez são constituídos por um pequeno núcleo central e por uma eletrosfera.

O núcleo é a parte central do átomo, em que se localiza praticamente toda a massa do átomo e onde encontramos várias partículas, das quais, do ponto de vista da eletricidade, destacamos duas: prótons e nêutrons.

. Prótons: partículas que apresentam a propriedade denominada carga elétrica, ou seja, trocam entre si, ou com outras partículas ações elétricas de atração ou repulsão. Os prótons são partículas portadoras de carga elétrica positiva.

. Nêutrons: partículas que apresentam carga elétrica nula, ou seja, não trocam ações elétricas de atração ou de repulsão.

A eletrosfera é uma região do espaço em torno do núcleo onde gravitam partículas menores, denominadas elétrons. Os elétrons possuem massa desprezível quando comparada a dos prótons ou dos neutrôns. Os életrons são portadores de carga elétrica negativa.

Quantidade de carga elétrica :

Aos corpos, ou as partículas, que apresentam a prorpiedade denominada carga elétrica, podemos associar uma grandeza escalar denominada quantidade de carga elétrica, representada pelas letras Q ou q.

A quantidade de carga elétrica positiva do próton e a quantidade de carga elétrica negativa do elétron são iguais em valor absoluto, e correspondem a menor quantidade de carga elétrica encontrada na natureza, até os dias atuais. Essa quantidade é representada pela letra e e é chamada de quantidade de carga elétrica elementar.

Em 1909, a quantidade de carga elétrica elementar foi determinada experimentalmente por Millikan. O valor obtido foi: e = 0,00000000000000000016 C .

Nessas condições, podemos escrever as quantidades de carga elétrica do próton e do elétron como sendo: q = +e = +0,00000000000000000016 C

Q = -e = -0,00000000000000000016 C

Para o nêutron temos: q = 0

Teoria da Relatividade revolucionou o a Física do seculo X X

Teorias propostas pelo físico Albert Einstein (1879-1955) que revolucionaram a Física no século XX. As duas teorias – da Relatividade Restrita e da Relatividade Geral – trouxeram a noção de que não há movimentos absolutos no Universo, apenas relativos. Para Einstein, o Universo não é plano como na geometria euclidiana, nem o tempo é absoluto, mas ambos se combinam em um espaço-tempo curvo. Enquanto para a geometria clássica a menor distância entre dois pontos é a reta, na teoria de Einstein é a linha curva.

Na verdade, as duas teorias são uma só, mas foram apresentadas por Einstein em momentos diferentes. A Teoria da Relatividade Restrita é proposta em 26 de setembro de 1905. Através dela são postulados o princípio da relatividade – isto é, que as leis físicas são as mesmas em todos os sistemas de referência inerciais – e o princípio da constância da luz. De acordo com a Relatividade Restrita, se dois sistemas se movem de modo uniforme em relação um ao outro, é impossível determinar algo sobre seu movimento, a não ser que ele é relativo. Isso se deve ao fato de a velocidade da luz no vácuo ser constante, sem depender da velocidade de sua fonte ou de quem observa.

Com isso verifica-se que massa e energia são intercambiáveis – o que resultou na equação mais famosa do século: E = mc² (energia, "E", é igual à massa, "m", multiplicada pelo quadrado da velocidade da luz, "c²"). Um dos empregos dessa fórmula é na energia nuclear, seja em reatores para produzir eletricidade, seja em armas nucleares. Uma massa pequena de urânio ou plutônio, de alguns quilos, basta para produzir uma bomba capaz de destruir uma cidade, pois a quantidade "E" equivale a "m" multiplicado por 300 mil km/s.

Também se depreendem da Relatividade Restrita fenômenos que o senso comum duvida: para um observador parado, um relógio em movimento parece andar mais devagar do que um relógio estacionário, ou a massa de um objeto aumentar com sua velocidade. A Teoria da Relatividade Geral, de 1916, amplia os conceitos a outros sistemas, como os sistemas de referência acelerados, e às interações gravitacionais entre a matéria. Einstein explica essas interações como resultado da influência dos corpos – como os planetas – na geometria do espaço-tempo curvo (um espaço de quatro dimensões, sendo a quarta, o tempo).

Dito de maneira simples: qualquer elétron em movimento ou quaquer objeto em movimento passa a ter massa maior quando se desloca em relação a um observador do que quando se encontra em repouso relativamente a esse mesmo observador. Na medida em que a velocidade desse objeto se aproxima da velocidade da luz , sua massa se torna infinita.

Um dos mais significativos aspectos do trabalho de Albert Einstein foi o de dar natural unidade aos conceitos de eletricidade e magnetismo. Essa unificação está presente nas equações de Maxwell, mas a teoria da relatividade proporciona maneira nova de encará-la. Einstein demonstra que uma vez em movimento o elétron, a força elétrica se altera e, a par disso, o elétron passa a gerar força magnética. Em ouras palavras, a eletricidade e o magnetimo são, em essência, o mesmo fenômeno, e o aspecto que recebe realce depende da velocidade do observador relativamente ao elétron.