PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE SÃO PAULO Centro das Ciências Exatas e Tecnologia
Plano de Ensino de Disciplina – 1º /2010
Curso: ENGENHARIA DE PRODUÇÃO Disciplina: FÍSICA MODERNA Semestre: 1º
Período: 5º
Carga Horária: 36 h-a
Créditos: teoria
Prof Responsável: Marisa Almeida Cavalcante Ementa da Disciplina: Características gerais das ondas. Ondas mecânicas e eletromagnéticas. Função de onda periódica. Oscilação harmônica. Teoria ondulatória da radiação. Radiação de um corpo negro ideal. Teoria de Planck. Teoria Corpuscular da radiação. Efeito Fotoelétrico e Compton. Natureza dual da radiação. Modelos atômicos de Thomson, Rutherford e Bohr. Raios X e a estrutura atômica. Teoria ondulatória da matéria. Postulados de de Broglie. Difração de elétrons. Os princípios da complementaridade de Bohr e das incertezas de Heisenberg. A equação de Schroëdinger independente do tempo.
Objetivos Gerais da Disciplina: Tratar alguns tópicos de Física Moderna e Contemporânea de modo a propiciar aos futuros engenheiros um amplo panorama da Física desenvolvida no inicio do século XX e que deu origem aos avanços tecnológicos que hoje vivenciamos.
Objetivos Específicos da Disciplina: Compreender os fundamentos gerais que norteiam a Física Quântica, desde a concepção do modelo atômico de Bohr até o comportamento dual da matéria e suas implicações nas diferentes áreas do conhecimento.
Conteúdos Programáticos: • Fenômenos Ondulatórios (energia carregada por uma onda), • Aspectos gerais sobre a Teoria ondulatória da radiação – comportamento ondulatório da Luz • Espectro eletromagnético (conhecendo as diferentes radiações eletromagnéticas e 1
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exemplos de aplicações tecnológicas) • Interferência, condições para interferência destrutiva e construtiva e demonstração experimental da lei de interferência das frestas de Young. • Difração e Redes de difração (utilizando um CD para decompor a luz) • Observando diferentes espectros (contínuos, atômicos, de bandas (semicondutores leds), laser e determinando comprimento de onda – Aula experimental • Noções do modelo atômico de Bohr para explicar os espectros de linhas observados • Comportamento corpuscular da radiação e o Efeito Fotoelétrico – a explicação de Einstein e a retomando o conceito de quantum de Max Planck para a radiação térmica emitida por um corpo negro. Utilização de softwares de simulação para a compreensão do Efeito Fotoelétrico • Aplicações tecnológicas; Energia Solar, Transmissão de informação sem fio utilizando fotosensores (experimento de demonstração – “O radio Laser”, alarmes com fotosensores, câmeras de CCD, pinça ótica, dentre outros. • Natureza dual da Luz • Hipótese de De Broglie – associando uma onda à partícula • Difração de elétrons – Experimento de demonstração • Dualidade onda–particula e o principio da incerteza de Heisenberg • Densidade de probabilidade (equação de Schroedinger) • Retomando o modelo atômico e os números quânticos • Emaranhados Quânticos e o Gato de Schroedinger • Aplicações
Tecnológicas;
Pontos
Quânticos
(quantum
dots)
na
medicina,
computadores quânticos qubits, Nanotecnologia, super condutores, dentre outros.
Metodologia : - Aulas teóricas expositivas com eventual uso de recursos áudio-visuais. - Aulas práticas de laboratório e de simulação computacional. 2
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Critérios de Avaliação:
M F = 0,3. AT + 0,2.P1 + 0,5.P 2 P1: Prova 1 P2: Prova 2 PS: Prova Substitutiva de P1 ou P2. AT: Atividades continuadas do semestre, detalhada em “Instrumentos de Avaliação”. Instrumentos de Avaliação :
- Serão realizados relatórios, questionários, provas e etc, a critério do professor da disciplina e em acordo com o coordenador do curso. - Obrigatoriamente deverá existir uma atividade e duas provas no semestre. - As provas deverão ser presenciais. Bibliografia básica: • • • •
CAVALCANTE M.A & TAVOLARO C.R.C. Física Moderna Experimental – editora Manole 2a. edição- 2007. BROGUEIRA P; PEÑA T; NORONHA A.; PIMENTA M.; DEUS J.D, Introdução à Física. Ed.McGraw-Hill de Portugal.- 2a. ed., 2000. BORN, M., Física Moderna - Fundação Calouste Gulbenkian, Lisboa, 4a.ed. 1986 EISBERG, R. M & RESNICK,R., Física Quântica - Ed Campus –1994 Blogs http://fisicaengdeprodpucsp.blogspot.com/
Blog
da
disciplina
em
do
Física
que
será
disponibilizado o material do curso
http://fisicamodernaexperimental.blogspot.com/ Experimental
3
blog
livro
Moderna
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Bibliografia complementar : • • • • • • •
•
GILBERT,A., 0rigens Históricas da Física Moderna - Introdução Abreviada- Fundação Calouste Gulbenkian, Lisboa –1982. CHPOLSKI, E. Physique Atomique - Ed de Moscou –vol II –1978 WHITE, H.E. Introduction to Atomic Spectra - Ed Mac Graw Hill B. C. ,Inc USA, 1934. EISBERG, R. M, Fundamentos da Física Moderna - Guanabara Dois. RJ. 1979. HOAG,J.B. & KORFF,S.A. Electron and Nuclear Physics. D. Van Nostrand Company, Inc., 3ª. Ed, NY, 1948. GUINIER,A, A Estrutura da Matéria. Do céu azul ao material Plástico - EDUSP - 1996. FERREIRA A A; LOURENÇO M.F; BAGNATO,V.S. “Espalhamento: observando o desconhecido indiretamente”. Revista Brasileira de Ensino de Física. Vol 21. N.o 1, pp 122 a 126.Março de 1999. CAVALCANTE M A; PIFFER A E NAKAMURA P. “O uso da internet na compreensão de temas de Física Moderna para o Ensino Médio” . Revista Brasileira de Ensino de Física. Vol 23. N.o 1, pp 108 a 112. Março de 2001
Pré-requisitos: Não há pré-requisitos
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CRONOGRAMA – TEORIA Semana 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
Tópicos Apresentação do programa. Comportamento ondulatório- definição de freqüência, comprimento de onda, amplitude e energia propagada por uma onda. Atividade E1 Interferência, difração e Lei e Young – Atividade E2 Interferência e difração com CD e observação de espectros – Experimento – Roteiro R1 Espectros atômicos de teoria de Bohr – Atividade E3 Comportamento corpuscular da radiação – Efeito fotoelétrico – Simulador – Experimento virtual – Roteiro R2 Comportamento corpuscular da radiação – Determinação da constante de Planck utilizando leds – Experimento – Roteiro R3 Aplicações tecnológicas: fotosensores, energia solar, transmissão ótica de sinais – Experimento de demonstração e questões conceituais – Atividade E3 Dualidade da luz – Questões conceituais – Atividade E4 Questões conceituais-atividade E3 Prova P1 Hipótese de De Broglie - comportamento ondulatório de partículas – Difração de elétrons Experimento de Davidson-Germer – Atividade E4 Difração de elétrons- Experimento de G.P. Thomson – Roteiro R4 Dualidade onda partícula – Principio das Incertezas de Heisenberg – Atividade E5 Densidade de probabilidade (equação de Schroedinger) e retomando o modelo de Bohr – Simulador – atividade E6 Emaranhado quântico – Aspectos conceituais – O Gato de Schroedinger Atividade E7 Prova P2 Correção de prova e vistas Prova PS
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09/02 23/02 02/03 09/03 16/03 23/03 30/03 06/04 13/04 20/04 27/04 04/05 11/05 18/05 25/05 01/06 08/06 15/06