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Niels Bohr e a estrutura atômica

Foi no ano de 1913, que o dinamarquês especialista em física atômica Niels Bohr (1885-1962) estabeleceu o modelo atômico pelo…

Foi no ano de 1913, que o dinamarquês especialista em física atômica Niels Bohr (1885-1962) estabeleceu o modelo atômico pelo qual ficou conhecido, e inclusive, recebeu o Prêmio Nobel de Física em 1922.

Niels Bohr deu continuidade ao trabalho desenvolvido com Rutherford, preenchendo a lacuna que existia na teoria atômica proposta por ele. Por esse motivo, o átomo de Bohr pode também ser chamado de Modelo Atômico de Rutherford Bohr.

Para chegar nesse modelo, ele baseou-se no dilema do átomo estável — princípio desconhecido até então — acreditando na existência de princípios físicos que descrevessem os elétrons existententes nos átomos.

Logo, seus experimentos foram iniciados admitindo que um gás emitia luz quando uma corrente elétrica passava por ele. O que explica o fato de que os elétrons, em seus átomos, absorvem energia elétrica e depois a liberam em forma de luz. Com isso, Bohr deduziu que um átomo tem um conjunto de energia disponível para seus elétrons, ou seja, a energia de um elétron em um átomo é quantizada. Esse conjunto de energias quantizadas foi chamado, depois, de níveis de energia.

Após essas conclusões, o modelo atômico de Rutherford foi aperfeiçoado por Bohr, que chegou ao modelo do átomo como sistema planetário, onde os elétrons se organizam na eletrosfera na forma de camadas.

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O Modelo Atômico de Bohr apresenta o aspecto de órbitas onde existem elétrons e, no seu centro, um pequeno núcleo.

O conceito de Bohr

Como podemos ver na imagem acima, os elétrons estão distribuídos em camadas ao redor do núcleo, lembrando a órbita de um planeta, com elétrons orbitando ao redor do “núcleo-sol”. Existem 7 camadas eletrônicas, representadas pelas letras maiúsculas: K, L, M, N, O, P e Q. À medida que as camadas se afastam do núcleo, aumenta a energia dos elétrons nelas localizados.

O modelo de Niels Bohr estava ligado à Mecânica Quântica. Assim, a partir da década de 20, Erwin Schrödinger, Louis de Broglie e Werner Heisenberg, especialmente, fazem sua contribuição ao que diz respeito ao modelo da estrutura atômica.

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Quem foi Hans Christian Oersted?

ísico, químico e eterno estudioso, foi ele quem abriu caminho para o desenvolvimento do eletromagnetismo. Nascido em 1777, na Dinamarca, Hans Oersted desenvolveu desde cedo o interesse pela ciência. Sob influências do pai farmacêutico, formou-se em Farmácia no ano de 1797 e tornou-se doutor em Filosofia em 1799.

Físico, químico e eterno estudioso, foi ele quem abriu caminho para o desenvolvimento do eletromagnetismo. Nascido em 1777, na Dinamarca, Hans Oersted desenvolveu desde cedo o interesse pela ciência. Sob influências do pai farmacêutico, formou-se em Farmácia no ano de 1797 e tornou-se doutor em Filosofia em 1799.

Em uma viagem pela Europa, conheceu Johann Wilhelm Ritter, um físico que acreditava na existência de uma ligação entre a eletricidade e magnetismo. A partir daí, Oesrted começou sua incansável busca pela relação entre os dois fenômenos. Isso porque, naquela época, a eles eram encarados como fenômenos independentes e totalmente excludentes.

A experiência de Oersted

Foi em 1820, através do “Experimento de Oersted”, que o cientista comprovou a relação entre a eletricidade e o magnetismo.

Oersted posicionou uma bússola próximo a um circuito elétrico simples e percebeu que a agulha imantada da bússola sofria deflexões quando existia corrente elétrica no circuito. Se a corrente era interrompida, a agulha voltava à sua posição normal, apontando sempre para o norte geográfico.

A única explicação possível para a deflexão sofrida pela agulha imantada era a presença de um campo magnético que concorria com o campo magnético terrestre. Assim, Oersted concluiu que cargas elétricas em movimento geravam campo magnético.

Esse experimento possibilitou a criação e fabricação do galvanômetro, instrumento composto por uma agulha imantada e uma bobina que era capaz de indicar a presença de corrente elétrica em um circuito.

Ao utilizar o aparelho galvânico, muito mais poderoso, percebeu o mesmo fenômeno com muito mais clareza. Após obter o mesmo resultado diversas vezes, surge uma nova ciência nascida da união entre a eletricidade e o magnetismo: o eletromagnetismo. E estabeleceu-se a lei fundamental do eletromagnetismo.

Leia mais sobre o Eletromagnetismo aqui.

Depois de ter realizado estudos de química, física e ter comprovado o eletromagnetismo, Hans fundou na Dinamarca uma Sociedade para o Desenvolvimento do Estudo da Ciência, foi nomeado Conselheiro do Estado e fundou a Escola Politécnica de Copenhagen. Oersted faleceu em Copenhagen em 9 de março de 1851.

Fonte: Brasil Escola, Mundo Educação e UFJF

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Albert Einstein: detalhes da vida do mais célebre cientista do século XX

Aos três anos ele não sabia falar, aos seis aprendeu a tocar violino, aos 17 anos renunciou a sua cidadania…

Aos três anos ele não sabia falar, aos seis aprendeu a tocar violino, aos 17 anos renunciou a sua cidadania alemã e ficou sem pátria por alguns anos. Lutou pela paz mundial e pela justiça social. Estas são algumas particularidades da história de vida de um dos maiores gênios da humanidade. Sim, estamos falando de Albert Einstein!

Albert Einstein

O físico e matemático alemão desenvolveu a Teoria da Relatividade, fruto de uma exaustiva pesquisa de uma década. A nova e radical visão das interações entre o espaço, o tempo, a matéria, a energia e a gravidade é considerada a mais importante contribuição cientifica do século XX.

Isso porque ela fez cair por terra a Teoria de Isaac Newton, de 200 anos antes, de que espaço e tempo eram conceitos independentes. Até então, acreditava-se que o tempo fluía de modo equitativo e o espaço permanecia inamovível. Einstein comprovou por seus estudos que tempo e espaço são relativos. Ele estabeleceu a relação entre massa e energia e deduziu a famosa equação: E = mc².

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Vida pessoal
Albert Einstein nasceu em 14 de março de 1879, em Ulm, na Alemanha. Com um ano de idade, mudou-se com sua família, de classe média judaica, para Munique, onde estudou o primário em uma escola católica. Seu pai, Hermann Einstein, foi um vendedor e engenheiro, e abriu uma empresa que fabricava equipamentos elétricos.

Com dificuldades nos negócios, em 1894 a família se mudou para a Itália, mas Einstein permaneceu em Munique para terminar os estudos. Dos 9 aos 15 anos, estudou na Luitpold Gymnasium, onde se interessou por geometria e álgebra, destacando-se rapidamente. No entanto, não se adaptava à rígida educação prussiana, não frequentava as aulas com regularidade, e acabou sendo expulso da escola.

Entrou para a Escola Politécnica Federal da Suíça, onde, em 1900, conclui a graduação em Física. Em 1901 escreveu seu primeiro artigo científico “A Investigação do Estado do Éter em Campo Magnético”. Em fevereiro deste mesmo ano recebeu a naturalização suíça. Em 6 de janeiro de 1903 casou-se com Mileva Maric, uma estudante de Física da Sérvia, com quem teve três filhos.
Anos mais tarde, em 1919, ele se separou de Mileva e casou com uma prima, Elsa Löwenthal.

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Vida profissional

Albert Einstein teve uma carreira notável, reconhecida principalmente a partir de 1905, quando formulou a teoria da relatividade, que conduziria à libertação da energia atômica. Neste mesmo ano, publicou, na Revista Anais de Física, quatro artigos que se tornariam fundamentais para a Física Moderna. Um deles lhe renderia o Nobel de Física.

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Conheça mais fatos marcantes na vida do cientista:

1909: tornou-se professor na Universidade de Zurique
1910: começou a lecionar na Universidade de Praga
1912: ocupou a cadeira de Física, da Escola Politécnica Federal da Suíça
1913: nomeado professor para a Universidade de Berlim e diretor do Instituto Kaiser Wilhelm de Física. Torna-se membro da Academia de Ciências da Prússia
1915: apresentou na Academia de Ciências da Prússia a Teoria da Relatividade Geral.
1921: recebeu o Prêmio Nobel de Física por suas descobertas sobre a lei dos efeitos fotoelétricos
1933: renunciou seus cargos em Berlim e ingressou no Instituto de Estudos Avançados de Princeton, nos Estados Unidos.

Albert Einstein seguiu sua carreira acadêmica em 1945. Além da ciência, também se dedicou a assuntos políticos. Humanista convicto, lutou pela paz mundial e pela justiça social e a liberdade. Em 1946, apoiou projetos de formação de um governo mundial e a troca de segredos entre as grandes potências atômicas, almejando a paz mundial.

Faleceu em Princeton, Estados Unidos, no dia 18 de abril de 1955, aos 76 anos. Ele era cidadão americano desde 1940.

E aí uma vida de muitas conquistas e descobertas, não é mesmo?

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Físico catarinense participa da pesquisa da descoberta do quinto estado da matéria

O físico catarinense Germano Woehl Jr. participou de uma descoberta fundamental para a comunidade científica e para o mundo: a…

O físico catarinense Germano Woehl Jr. participou de uma descoberta fundamental para a comunidade científica e para o mundo: a de que há um quinto estado da matéria, além do sólido, líquido, gasoso e plasma. O Museu WEG não poderia deixar registrar o feito, que ganha uma conotação ainda mais especial, já que Woehl, nascido em Itaiópolis, é também morador de Jaraguá do Sul, nossa cidade-sede.

Divulgada recentemente, a descoberta foi publicada em primeira mão pela Revista Científica da Sociedade Americana de Física, que você pode conferir aqui. O novo estado físico da matéria é chamado de Polarons de Rydberg. Ele é criado em temperaturas extremamente baixas, quando um elétron orbita seu núcleo a uma distância tão grande que outros átomos cabem dessa órbita. A fraca ligação entre essas partículas forma os Polarons de Rydberg.

Ao criar átomos dentro de átomos, a nova pesquisa marca uma época empolgante para a física quântica. Na prática, a descoberta do quinto estado da matéria representará uma evolução tecnológica sem precedentes, por exemplo, com a criação de computadores quânticos. São equipamentos com uma capacidade de processamento tamanha que conseguem quebrar todas as senhas de computadores do mundo.

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Registro do experimento na Rice University, onde foi observado o novo estado da matéria

Germano nos concedeu o privilégio de uma entrevista exclusiva, que você confere a seguir:

Em que contexto se deu a descoberta e como aconteceu sua participação?

Foi durante meu estágio de pós-doutorado nos Estados Unidos, na Rice University, Houston, Texas. Eu ganhei uma bolsa do CNPq, do Programa de Pós-Doutorado no Exterior, para realizar este estágio nos laboratórios do professor Thomas Killian, que foi orientado por dois ganhadores do Prêmio Nobel da área, um deles no doutorado no MIT (Massachusetts Institute of Technology – Instituto de Tecnologia de Massachusetts) e outro no pós-doutorado na Universidade do Colorado.

É difícil conseguir aceitação para fazer pós-doutorado em um grupo de pesquisa forte como este do prof. Killian. O que me favoreceu foi o fato de eu ter feito meu doutorado nesta área na UNICAMP e ter feito o mestrado na USP, Instituto de Física de São Carlos (IFSC), no grupo que tem um professor famoso nesta área, reconhecido internacionalmente. Então o prof. Killian telefonou para estes professores, da UNICAMP e da USP e eles deram boas referências sobre mim.
Na realização do meu estágio, o prof. Killian soube me encaixar muito bem na equipe. Ele percebeu que minha habilidade com a tecnologia de lasers e óptica era boa.

Então pediu para que eu desenvolvesse soluções para desacelerar e aprisionar os átomos com feixe de lasers para produzir o material quântico com um número maior de átomos e uma geometria especial com uma variação dinâmica de forma e intensidade do feixe de laser.

Tudo tinha que ser controlado por computador e este controle não poderia exigir muita memória, porque todo o experimento é automatizado e já estava no limite da capacidade do computador. Ele apontou os caminhos e desenvolvi com sucesso o sistema.

É importante destacar que estes conhecimentos sobre lasers e óptica foram adquiridos integralmente nas universidades brasileiras, na USP e na UNICAMP. Minha formação de pesquisador na área de física, com especialidade em tecnologia de lasers, é 100% brasileira.

Estavam trabalhando há quanto tempo na pesquisa?

Meu pós-doutorado na Rice University foi de quase dois anos. O prof. Killian tem três experimentos completos para desacelerar átomos e obter o material quântico, cujas propriedades estão sendo pesquisadas. Eles pesquisam na fronteira do conhecimento humano e procuram desvendar mais segredos do comportamento dos átomos.

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Germano Woehl Jr no laboratório de pesquisa do Instituto de Estudos Avançados, Departamento de Ciência e Tecnologia Aeroespacial da FAB, em São José dos Campos (SP)

Na sua opinião, qual impacto desta descoberta para a ciência e para o mundo?

O impacto de novas descoberta da ciência demoram um pouco para chegar em nossas casas. Einstein já era muito famoso quando publicou em 1919 seus estudos teóricos sobre as duas formas do átomo perder energia: uma delas é o elétron decair espontaneamente para um nível de menor energia emitindo um fóton (luz) e outra forma é um fóton estimular o decaimento deste elétron e o átomo emitir outro fóton com características idênticas (processo chamado de emissão estimulada).

Então, os jornalistas queriam explicar para a população a importância desta descoberta (teórica) de Einstein e perguntavam para os físicos qual a aplicação disso no dia a dia das pessoas. Até os anos 60, quando o Laser foi inventado (cujo princípio é a emissão estimulada dos átomos), durante 40 anos, os físicos respondiam aos jornalistas: nenhuma. Analisem o impacto das aplicações dos Lasers, dos LEDs, que funcionam conforme a teoria prevista por Einstein em 1919.

Foi justamente o laser que possibilitou parar os átomos e levá-los a temperaturas próximas do zero absoluto (-273,15 °C ou zero Kelvin). Nesta temperatura, a distribuição dos átomos colapsa abruptamente, ou seja, os átomos se condensam e passam a ocupar menos espaço.

Nestas condições, a matéria exibe um comportamento regido pelas leis da mecânica quântica e obtemos então o chamado “material quântico”, um tipo de material com propriedades mágicas, que o homem nunca sonhou em colocar as mãos.

Foi Einstein que previu esta condensação abrupta em temperaturas próximas do zero absoluto, denominada de condensação de Bose-Einstein.

Este fenômeno da condensação de Bose-Einstein só foi possível observar em laboratório em 1997, nos Estados Unidos. Os físicos que conseguiram isso, da Universidade do Colorado e do MIT, ganharam o Prêmio Nobel três anos mais tarde, em 2000. Até agora, somente 45 laboratórios do mundo conseguiram observar o fenômeno. O IFSC da USP de São Carlos conseguiu em 2004.

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Detalhe da câmara de ultra-alto vácuo, onde os átomos são desacelerados com feixe de laser até ficarem na temperatura próxima de -273,15 °C

Nos laboratórios do prof. Killian, na Rice University, eles estão um passo à frente, já dominam bem a técnica de obter o material quântico e estão pesquisando suas propriedades.

Como é um assunto na fronteira do conhecimento, estas pesquisas experimentais precisam de suporte dos físicos teóricos. Porque não tem teoria ainda. Por isso, nesta descoberta do novo estado da matéria, foi muito importante o trabalho teórico dos físicos da Universidade de Harvard e da Universidade de Tecnologia de Viena, Áustria, onde foi utilizado um supercomputador nos cálculos numéricos para direcionar o experimento.

Conforme as notas à imprensa das Universidades de Harvard e Rice, essa descoberta pode abrir caminho para entender melhor as ligações químicas e a inovação de novos materiais, com os supercondutores a temperatura ambiente, que conduzem eletricidade sem perdas.

Obter estes materiais é o grande sonho da humanidade. Os melhores condutores de eletricidade, metais de cobre e alumínio, perdem por calor parte da energia conduzida. Estas perdas são consideráveis. Por exemplo, cerca de 30% da energia gerada por Itaipu é perdida na transmissão para os centros consumidores no Sudeste. Com materiais supercondutores não teria esta perda.

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Por que comemoramos aniversário de André-Marie Ampère?

Certamente você lembra do ampere, a unidade de medida da corrente elétrica ensinada nas aulas de física. Pois então! Esse…

Certamente você lembra do ampere, a unidade de medida da corrente elétrica ensinada nas aulas de física. Pois então! Esse nome é uma homenagem ao físico e matemático francês André-Marie Ampère. Aproveitamos o dia de nascimento dele para registrar sua história e sua importante contribuição à ciência em praticamente todos os ramos do conhecimento.

André-Marie Ampère nasceu em 1775 na cidade de Lyon, filho de um intelectual e uma comerciante. Autodidata, antes mesmo de ler e escrever, resolvia problemas aritméticos, demonstrando aptidão excepcional para o cálculo. Aos 12 anos ele já dominava os principais teoremas de álgebra e geometria.

Seu pai foi o principal incentivador de seus estudos. Criou uma biblioteca para o filho, que aos 11 anos Ampère havia lido completamente, e o ensinou o latim, idioma que aprendeu em poucas semanas e o permitiu leituras de importantes obras escritas na língua.

Duas grandes perdas o aproximaram ainda mais da vida científica. Primeiro seu pai, que foi decapitado durante a Revolução Francesa, quando Ampère estava com 18 anos. A segunda foi de sua esposa, Julie Carron, com quem se casou em 1799 e teve seu filho, Jean Jacques Ampère. Julie faleceu em 1803.

Poucos meses depois da perda da esposa, Ampère foi convidado a lecionar matemática no Liceu de Lyon. Antes disso, em 1800, havia publicado sua primeira obra, “Considerações sobre a Teoria Matemática do Jogo”, que o tornou conhecido no meio científico. Em 1814, ele foi eleito para o Institut de France, elaborando vários estudos sobre matemática e física.

As bases do Eletromagnetismo

A obra que imortalizou André-Marie Ampère foi publicada em 1826, intitulada “Teoria dos Fenômenos Eletrodinâmicos”. Com a descoberta de que dois fios condutores atravessados por uma corrente elétrica exercem ações recíprocas um sobre o outro, o físico estabelecia as bases científicas do eletromagnetismo.

Foi ele também o criador do primeiro eletroímã. Dispositivo fundamental para a invenção de vários aparelhos, como o telefone, o microfone, o alto-falante, o telégrafo etc. André-Marie Ampère faleceu em Marselha, França, no dia 10 de junho de 1836.