Relatividade Especial: A constância da velocidade da luz

Uma das coisas mais interessantes sobre as equações de Maxwell, foi a descoberta de que ondas eletromagnéticas percorrem o vácuo a uma velocidade sempre constante. Talvez, a maior surpresa da descoberta dessa constante, forrá o fato dela ser igual ao que se é conhecido como C (A velocidade da luz).

Já haviam algumas suposições feitas anteriormente sobre a luz ser um onda, inclusive havendo debates fervorosos pelas comunidade cientifica que envolveram grandes nomes. Por fim depois dos experimentos de Young realizados em meados de 1800, a balança tendeu a favorecer a visão de que a  luz seria algum tipo de onda, uma vez que podia apresentar fenômenos de difração e refração.
Com a descoberta das equações de Maxwell, agora também se podia classificar a luz até mesmo como sendo um tipo especifico de onda, as ondas eletromagnéticas. Outro fato curioso que se pode entender das equações de Maxwell, é que essa constante não muda, independente do referenciam a qual está sendo submetida. Por volta do dano de 1905, Albert Einstein publicou sua teoria da relatividade restrita ou teoria da relatividade especial (abreviada como TRR). Nele, Einstein propõe, dentre outras coisa que a velocidade da luz será sempre constante e que ela seria basicamente o limite máximo de velocidade que se consegue atingir.
Essa afirmação pode parecer pouco, mas na verdade implica em uma grande reformulação nas equações já conhecida da mecânica. Afinal, pelas equações de Newton, não existe nenhum limite de velocidade e um corpo poderia em essência acelerar até uma velocidade infinita. Com nova teoria, um corpo poderia no máximo atingir a velocidade da luz, mesmo que tivesse acesso a uma quantidade ilimitada de energia.
Havia ainda outra questão importante que Einstein respondeu sobre a velocidade da luz em sua TRR, imagine um carro que se move a uma velocidade constante de 50 km/h e que em cima dele existe uma canhão que dispara uma bala a cerca de 300 km/h. Considerando um observador no solo, ele veria a bala se movendo a cerca de 350 km/h. Entretanto, se no lugar da bala de canhão houvesse um laser, a velocidade da luz não seria acrescida da velocidade do carro.
Esse fato no minimo é curioso pois se a luz não tem sua velocidade alterada, alguma coisa tem que ceder. Segundo Einstein, esse algo deve ser o tempo ou o espaço, tal fato será discutido futuramente na próxima postagem.

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Uma breve historia sobre o efeito fotoelétrico

A história do efeito fotoelétrico teve início no ano de 1887. Quando Heinrich Hertz produziu e detectou ondas eletromagnéticas confirmando a natureza ondulatória da luz. Para tanto, Hertz utilizou um circuito sintonizado com um centelhador (elemento de alta capacidade de corrente elétrica) para gerar ondas, e um circuito semelhante para detectá-las. Ele observou acidentalmente que a luz do centelhador transmissor deixava de incidir no centelhador receptor e por isso era necessário diminuir a distância entre os eletrodos do segundo centelhador para continuar recebendo os sinais. Com isto, foi observado que a luz facilitava a produção de centelhas, assim como também foi observado a luz como partículas, ou seja, nesta observação obteve-se, a forma como ocorre o efeito fotoelétrico.

 Em 1900 Lenard submeteu um campo magnético a uma superfície (placa) composta por partículas, a fim de provar que as partículas emitidas eram elétrons, assim como também, para observar o efeito fotoelétrico. Para tanto, Lenard fez um equipamento (circuito) no qual pode observar que a corrente máxima era proporcional a intensidade da luz incidente na superfície. Entretanto, existia uma teoria clássica que não condizia com as observações. Uma luz muito fraca não deveria fornecer aos elétrons energia necessária para escapar da superfície do metal. 

Em 1905, Einstein conseguiu explicar o desacordo com a teoria clássica. Segundo Einstein, a quantização do corpo negro era, na verdade, uma característica universal da luz, hipótese trazida por Planck em 1900. A luz é composta por quantas discretos (fótons) de energia hf, quando estes fótons interagem com a superfície metálica toda a sua energia é absorvida por um elétron.

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Radiação do corpo negro

Um dos assuntos mais interessantes da física é a radiação do corpo negro. Foi através deste tópico que originou se a mecânica quântica. Os corpos à temperatura acima do zero absoluto emitem radiação eletromagnética em todos os comprimentos de onda para o meio onde se encontram. Esta troca se dá da seguinte forma: Quando a temperatura do corpo é maior que a do meio onde se está inserido, a emissão de radiação eletromagnética é maior que a absorção da mesma, porém quando a temperatura do corpo é menor que a do meio onde ele se encontra, a emissão de radiação é menor que a absorção da mesma. Como já foi dito anteriormente,um corpo só não emite radiação térmica quando sua temperatura for o zero absoluto, ou seja, 0 K (zero kelvin). E quando a taxa de absorção é igual a taxa de emissão de radiação eletromagnética, a temperatura do corpo se mantém constante, neste momento, o corpo se encontra em equilíbrio térmico com o meio. Logo um corpo que é absorvedor de radiação é também um bom emissor de radiação. O corpo que se encontra na temperatura ambiente reflete a radiação que incide sobre ele na faixa de frequência da luz visível, pois os corpos são vistos pela radiação que refletem, já que esta radiação forma um espectro contínuo, por isto não há espaço vazio neste espectro. Porém, quando este corpo esteve em temperaturas elevadas, próximo dos mil kelvins, ele emite luz visível intensamente que é detectada pelo ser humano. Isto pode ser observado quando nos aproximamos de um ferro em brasa quando aquecido até certa temperatura para ser trabalhado pelo ferreiro. Na medida em que a temperatura da barra de ferro aumenta, aumenta também, a emissão na quantidade de energia das radiações eletromagnéticas de todos os comprimentos de onda para o meio. O ferro mostra então várias cores que variam com a temperatura, partindo do vermelho- escuro, vermelho-claro, laranja, amarelo, azul e por ultima, a cor branca (figura 01). A variação destas cores e, consequentemente, as frequências da radiação emitida estão ligados diretamente com a variação da temperatura do corpo.

O que é Radiação Eletromagnética?
É um processo de transferência de energia por meio de ondas eletromagnéticas. Por isto é normal nos referimos ora em ondas eletromagnética ou radiações eletromagnética. No dia a dia, estamos “mergulhados” em ondas ou radiações eletromagnéticas.
O que é Corpo Negro Ideal? 
 É um corpo tido como modelo, idealizado por pesquisadores para estudar o fenômeno da radiação que sofre todos os corpos quando na presença de radiação eletromagnética e que tem a característica de absorve toda a radiação que incide sobre ele e não reflete nada, por isto, aos nossos olhos, ele se apresenta de cor negra e daí vem o seu nome. Outra característica é a distribuição de energia irradiada no corpo não depene do material de que é feito o mesmo, a distribuição de energia irradiada depende apenas da temperatura Kelvin do corpo. Isto pode ser verificada na equação de Stefan-Bltzmann, logo abaixo (figura 02), que a potência por unidade de área irradiada por um corpo negro só depende da temperatura do corpo e não depende de nenhuma outra variável. R= σT^4 onde R é a potência irradiada por unidade de área, T é a temperatura absoluta e
σ=5,6705×〖10〗^(-8 )w/m2.K4 uma constante denominada constante de Stefan.

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