Você pode não se lembrar ou nunca ter ouvido falar da palavra quantum, mas saiba que ela é fundamental para o estudo e entendimento da Física Quântica.
O quantum é a quantidade mínima de energia que pode ser transmitida por meio do comprimento de uma onda. Através deste termo, que hoje é denominado fóton, surgiu a área da Física Quântica.
Em resumo, a Física Quântica, ao contrário da Física Comum, se propõe a estudar o comportamento da matéria em seus aspectos mínimos, o que dificulta o entendimento exato da posição do corpo material e da maneira como uma partícula troca energia uma com a outra.
Conceito de quantum
O físico alemão Max Planck (1858-1947) criou, em 1900, a teoria dos quanta ou teoria quântica durante o processo de construção de um trabalho acerca da radiação dos corpos aquecidos, também conhecida como radiação de corpo negro.
Mesmo que esse termo tenha se popularizado através do físico, ele já era utilizado desde o século XVIII.
Surgiu, a partir de então, o conceito da quantização de energia. Segundo ele, não pode existir qualquer quantidade de energia, mas somente valores contidos em uma quantidade mínima, o quantum.
Porém, é preciso destacar que, a partir daí, o estudo passou a entrar no campo da metafísica e da transcendência, sem confirmação pura da realidade.
Primeiras teorias
O primeiro cientista a estudar as ondas eletromagnéticas e o efeito da luz na emissão dos corpos foi James Clerk Maxwell (1831-1879).
O físico propôs a teoria de que a luz seria formada por ondas eletromagnéticas, que variavam de comprimento e frequência e definiam os diferentes tipos de radiação (visíveis, como as cores, ou invisíveis, como o ultravioleta).
O que se sabia na época era que o comprimento de uma onda, representado pelo símbolo grego lambda (λ), era inversamente proporcional à frequência (f), que corresponde as oscilações de ondas por segundo. Ou seja, quanto menor o comprimento da onda, maior a frequência e energia radioativa.
Entretanto, a teoria não explicava o fato de objetos assumirem determinadas cores quando eram aquecidos. As explicações davam conta que toda luz, em temperatura ambiente, só é visível devido à radiação, que depende da frequência e do comprimento de onda.
Todavia, objetos em temperaturas muito altas eram capazes de emitir luz própria e não absorver alguma radiação externa, o que foi descoberto pelo físico Gustav Robert Kirchhoff (1824-1887). Ele concluiu que a radiação dependia apenas da temperatura e não do material incidido.
A partir de então, surgiu a teoria da radiação de corpo negro, que derivou da teoria quântica e o conceito de quantum. Essa teoria nada mais é do que o fato de corpos negros não refletirem cor alguma, absorvendo toda a radiação que incide sobre eles.
Com isso, descobriu-se que qualquer corpo negro deveria emitir uma radiação ultravioleta intensa, o que poderia causar uma devastação ao seu redor quando um objeto fosse aquecido e adquirisse altas frequências. Por isso, esse conceito ficou definido como catástrofe do ultravioleta.
A Constante de Plank
Apesar disso, todo esse material produzido foi refutado com a teoria quântica de Plank, que originou a constante de Plank. Sendo assim, um quantum, representado pela letra E, era diretamente proporcional à frequência F da radiação.
E = h · f
Dessa forma, o que representaria a letra h? A constante de Plank, que tem como valor 6,63·10 elevado a – 34 J · s.
Portanto, a energia total pode ser representada pela fórmula E = n · h · f., sendo que n é sempre um número inteiro positivo, denominado de número quântico.
O quantum e a importância para a Física
A constante de Plank, que fundamenta a noção de quantum (ou fóton), é fundamental para entender vários conceitos.
De acordo com a lei, uma radiação de determinada frequência só consegue atuar se o oscilador tiver uma energia suficiente para iniciar a oscilação, o que não ocorre em baixas temperaturas, já que não há energia suficiente disponível.
Assim sendo, Max Planck passou a ser reconhecido como o pai da teoria quântica, ganhando o prêmio Nobel, em 1918. De igual forma, sua contribuição foi utilizada por Albert Einstein para explicar os resultados em seu trabalho sobre efeito fotoelétrico.
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Fontes: Brasil Escola, Cola da Web, Conceito, Osny Ramos.
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