Max Planck e o estudo do Corpo Negro.

 - Corpo negro é um sistema ideal, que absorve 100% da radiação incidente sobre ele, refletindo 0% dela. Uma boa aproximação de um corpo negro é o interior de um corpo oco.Assim, a radiação que um corpo negro aquecido emite depende, exclusivamente das características dos àtomos de suas paredes internas (temperatura, níveis de energia dos osciladores etc.). não tendo nenhuma relação com a radiação que ele absorbveu.

Em 1900, estudos sobre a radiação emitida por um corpo aquecido levaram Max Planck a concluir que a radiação (energia eletromagnética) emitida por um corpo negro não é emitida de forma contínua, como uma onda (visão clássica) ,e sim, de forma discreta, descontínua, granulada.

A energia portada pela radiação eletromagnética viaja um feixe de minúsculos pacotes de energia, que Einstein posteriormente chamou de fótons. Eles são o quantum de energia eletromagnética.

Assim, como num feixe só é possível viajar um número inteiro de fótons (não existe a metade um fóton), dizemos que a energia (radiação) eletromagnética portada carregada pelo feixe é quantizada.

Você deve estar se perguntando o que levou Planck a essa conclusão quando estudou a radiação emitida pelo corpo negro. A resposta para essa pergunta é complexa.

Para resumi-la, posso lhe dizer que o problema da radiação do corpo negro inquietava muitos cientistas da época. Um amplo estudo experimental havia sido feito.Faltava uma base teórica matemática que justificasse os resultados obtidos.

As formulações matemáticas propostas por Wien só se encaixavam aos dados experimentais para pequenos comprimentos de onda (altas frequências), ao passo que as formulações de Rayleigh e Jean só tinham sucesso para grandes comprimentos de onda, como mostra o gráfico a seguir.

A verdade é que Planck ajustou uma função matemática até que ela se moldasse aos dados experimentais disponíveis sobre a radiação do corpo negro.Após chegar a uma função matemática perfeita que justificava o comportamento da radiação espectral em toda a faixa de frequências (veja o gráfico a seguir), era preciso dar uma interpretação física para ela 

Em sua dedução, Planck usou a hipótese de que a radiação emitida ou absorvida pelo corpo negro não ocorria de forma contínua, como uma onda, mas de forma discrea, descontínua, granulada. Essa energia ocorria na forma de pacotes discretos, denominados quanta (quanta é o plural de quantum) cuja energia ra dada por E=hf, onde h ficou conhecida como a constante de Planck.

No fundo, o próprio Planck não estava certo se sua introdução de constante H era apenas um artifício matemático ou algo de significado físico mais profundo; se o artifício da discretização da energia eletromagnética era, de fato, correto, ou apenas uma maneira de corrigir matematicamente um desvio entre a teoria e o experimento.

Numa carta escrito a um amigo, Planck chamou seu postulado de "um ato de desespero". "Eu sabia' escreveu, "que o problrma da radiação era de fundamental significado para a fisica eu sabia a fórmula que reproduzia a distribuição normal do espectro. Uma interpretação física tinha que ser encontrada a qualquer custo, não interessando quâo alto"

Por mais de uma década Planck tentou encaixar a idéia quântica dentro da teoria clássica. Em casa tentativa, ele parecia recuar mais da sua ousadia original, mas gerava novas idéias e técnicas que a mecância quântica adotaria mais tarde. No fundo, o próprio Planck não parecia crer nos cálculos quânticos

A importância fundamental da sua hipótese sobre a quantização de enrgia não foi valorizada até que Einstein aplicou idéias semelhantes para explicar o efeito fotoelétrico e sugeriu que a quantização de energia uma propriedade fundamental da radiação eletromagnética, incluindo a luz.

O estudo do efeito fotoelétrico a seguir deixará mais claro para o aluno que o conceito de fótons realmente faz sentido e que é indispensável para justificar o comportamento demonstrado experimentalmente pela radiação eletromagnética nesse fenômeno.