terça-feira, 6 de maio de 2014

Biografia de Max Planck


Max Planck
Max Planck. (Max Karl Ernst Ludwig Planck). Nasceu em Kiel, a 23 de Abril de 1858, e, faleceu em Göttingen, a 4 de Outubro de 1947. Max Planck foi um físico alemão. É considerado o pai da física quântica e um dos físicos mais importantes do século XX. Planck foi laureado com o Nobel de Física de 1918, por suas contribuições na área da física quântica.




Biografia



Assinatura de Planck aos 10 anos de idade.
"Não é a posse da verdade, mas o sucesso que vem após a pesquisa, onde a busca é enriquecida por ela”! - Max Planck. Planck nasceu em Kiel, capital de Schleswig-Holstein, um condado no norte da Alemanha. Pertenceu a uma família de grande tradição acadêmica (seu avô e bisavô foram professores de teologia em Göttingen). Era filho de Johann Julius Wilhelm Planck, professor de Direito Constitucional na Universidade de Kiel, com sua segunda esposa, Emma Patzig, e foi batizado com o nome de Karl Ernst Ludwig Marx Planck (em relação aos nomes que lhe foram dados, Marx [uma variante hoje obsoleta de Markus ou talvez simplesmente um erro para Max, que é hoje a
Planck quando jovem, em 1878.
abreviação para Maximilian] foi usado como primeiro nome.). No entanto, por volta dos dez anos de idade, assinou com o nome Max e usou-o assim para o resto de sua vida. Ele era o sexto filho, embora dois de seus irmãos fossem do primeiro casamento de seu pai. Entre suas primeiras lembranças estava a marcha das tropas prussianas e austríacas em Kiel durante a guerra dinamarquês-prussiana de 1864. Em 1867 a família se mudou para Munique, e Planck foi matriculado na escola ginasial Maximilians, onde ele ficou sob a tutela de Hermann Müller, um matemático muito interessado pela juventude, que lhe ensinou astronomia, mecânica e matemática. Foi com Müller que Planck primeiro aprendeu o princípio da conservação da energia. Não à toa, seus primeiros trabalhos foram sobre termodinâmica. Também publicou trabalhos sobre a entropia, termoeletricidade e na teoria das soluções diluídas. Excelente aluno, Planck obteve o grau de doutor com apenas 21 anos de idade. Planck tinha talento para a música. Teve aulas de canto e tocou piano, órgão e violoncelo, e compôs músicas e óperas. No entanto, em vez da música, escolheu estudar física. O professor de física em Munique, Philipp von Jolly, aconselhou Planck a não estudar física, pois, segundo ele, "neste campo, quase tudo já está descoberto, e tudo o que resta é preencher alguns buracos". Planck respondeu que não queria descobrir coisas novas, apenas compreender os fundamentos conhecidos do assunto. Assim, começou seus estudos nesta área em 1874 na Universidade de Munique. Sob a supervisão de Jolly, Planck realizou os únicos experimentos de sua carreira científica,
O Instituto Max Planck, em Munique.
estudando a difusão de hidrogênio através de platina aquecida, antes de transferir-se para a física teórica. Em 1877 foi para Berlim para um ano de estudo com os físicos Hermann von Helmholtz e Gustav Kirchhoff e o matemático Karl Weierstrass. Lá, ele relatou que Helmholtz nunca estava completamente preparado, falava lentamente, calculava muito mal e entediava seus ouvintes, enquanto Kirchhoff proferia palestras cuidadosamente preparadas que eram secas e monótonas. Logo se tornou amigo íntimo de Helmholtz. Lá, empreendeu um programa basicamente de auto-estudo sobre os trabalhos de Rudolf Clausius que o levou a escolher a teoria do calor como o seu campo de estudo. Em Outubro de 1878 Planck passou nos exames de qualificação e em fevereiro de 1879 defendeu sua dissertação, Über den zweiten Hauptsatz der mechanischen Wärmetheorie (Sobre o segundo teorema fundamental da teoria mecânica do calor). Por curto período ensinou matemática e física na sua antiga escola em Munique. Em Junho de 1880, apresentou a sua tese de habilitação, Gleichgewichtszustände isotroper Körper in verschiedenen Temperaturen (Estados de equilíbrio de corpos isotrópicos em diferentes temperaturas). Tornou-se então professor em Munique, esperando até que lhe fosse oferecida uma posição acadêmica. Embora tenha sido inicialmente ignorado pela comunidade acadêmica, promoveu seu trabalho no campo da teoria do calor e descobriu em seguida o formalismo termodinâmico assim como Josiah willard Gibbs sem percebê-lo. As idéias de Clausius sobre entropia ocuparam um papel central em seu trabalho. Seguiu para sua cidade natal, Kiel, em 1885, onde casou com Marie Merck em 1886. Em 1889, Planck seguiu para a Universidade de Berlim e após dois anos foi nomeado professor de Física Teórica, substituindo Gustav Kirchhoff. Em fins do século XVIII, uma das dificuldades da física consistia na interpretação das leis que governam a emissão de radiação por parte dos corpos negros. Tais corpos são dotados de alto coeficiente de absorção de radiações; por isso, parecem negros para a vista humana. Em 1899, após pesquisar as radiações eletromagnéticas, descobriu uma nova constante fundamental, batizada posteriormente em sua homenagem como Constante de Planck, e que é usada, por exemplo, para calcular a energia do fóton. Um ano depois, descobriu a lei da radiação térmica, chamada Lei de Planck da Radiação. Essa foi a base da teoria quântica, que surgiu dez anos depois com a colaboração de Albert Einstein e Niels Bohr. De 1905 a 1909, Planck atuou como diretor-chefe da Deutsche Physikalische Gesellschaft (Sociedade Alemã de Física). Sua mulher morreu em 1909, e, um ano depois, Planck casou-se novamente com Marga von Hoesslin. Em 1913 foi nomeado reitor da Universidade de Berlim. Como consequência do nascimento da física quântica, foi laureado em 1918 com o Nobel de Física. De 1930 a 1937, Planck foi presidente da Kaiser-Wilhelm-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften (KWG, Sociedade para o Avanço das Ciências do Imperador Guilherme).
Avesso aos idéais nazistas, Planck tentou convencer Adolf Hitler a dar liberdade aos cientistas judeus. Planck argumentou que haveriam diversos tipos de judeus, alguns valiosos e outros inúteis para a Alemanha. O Führer então lhe respondeu: "Se a ciência não pode passar sem judeus, teremos de nos haver sem a ciência”! Este fato desagradou a Hitler. Por isso seu filho Erwin foi executado em 20 de julho de 1944, acusado de traição relacionada a um atentado para matar Hitler. Foi senador da Sociedade Kaiser Wilhelm, de 1916 a 1947. Participou da 1ª e da 5ª Conferência de Solvay.



Morte



"Para os crentes, Deus está no princípio das coisas. Para os cientistas, no final de toda reflexão!" - Max Planck. A morte trágica de seu filho Erwin o abalou psicologicamente. Este fato fez com que Planck perdesse a vontade de viver. Assim, após o término da Segunda Guerra Mundial, ele e sua segunda esposa se mudariam para Göttingen, onde, em 4 de outubro de 1947, aos 89 anos, Planck morreria em conseqüência de uma queda e de diversos derrames. Morte esta que, segundo James Franck, veio a ele "como uma redenção". Logo após sua morte, a Sociedade KWG foi renomeada como Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften (MPG, Sociedade Max Planck para o Progresso das Ciências). Seu corpo encontra-se sepultado no Stadtfriedhof de Göttingen, na Alemanha.

Constante de Planck


A constante de Planck, representada por h, é uma das constantes fundamentais da Física, usada para descrever o tamanho dos quanta. Tem um papel fundamental na teoria de Mecânica Quântica, aparecendo sempre no estudo de fenômenos em que a explicação por meio da mecânica quântica se torna influente. Tem o seu nome em homenagem a Max Planck, um dos fundadores da Teoria Quântica. Seu valor é de aproximadamente:

h=6{,}626\ 069\ 3(11)\times10^{-34}\ \mbox{J}\cdot\mbox{s},

ou, com eV como unidade de energia:

h=4{,}135\ 667\ 43(35)\ \times10^{-15}\ \mbox{eV}\cdot\mbox{s},

ou, ainda, no sistema CGS:

h=6{,}6 \times 10^{-27} erg · s

Um dos usos dessa constante é a equação da energia do fóton, dada pela seguinte equação:




onde:


E = energia do fóton, denominada quantum;
h = constante de Planck;
\nu = frequência da radiação. Lê-se "ni".

 

Constante reduzida de Planck



Em algumas equações de física, tal como a equação de Schrödinger, aparece o símbolo \hbar, que é apenas uma abreviação conveniente para \frac{h}{2\pi}, chamada de constante reduzida de Planck, ou para alguns, constante de Paul Dirac, diferindo da constante de Planck pelo fator  2 \pi . Consequentemente:



\hbar\ \stackrel{\mathrm{def}}{=}\ \frac{h}{2\pi} = \,\,\, 1{,}054\ 571\ 68(18)\times10^{-34}\ \mbox{J}\cdot\mbox{s} \,\,\, = \,\,\, 6{,}582\ 119\ 15(56) \times10^{-16}\ \mbox{eV}\cdot\mbox{s}




Postulado de Planck


O Postulado de Planck é um dos princípios fundamentais da mecânica quântica ele postula que a energia dos osciladores em um corpo negro é quantificada, e é dada por

E=nh\nu\,,

onde n é um inteiro (1, 2, 3...), h é a constante de Planck e \nu (a letra grega nu, não a letra latina v) é a frequência do oscilador.

História


O postulado de Planck foi introduzido por Max Planck em sua derivação de sua lei de radiação de corpo negro em 1900. Esta suposição permitiu a Planck derivar uma fórmula para todo o Espectro da radiação emitida por um corpo negro. Planck foi capaz de justificar esta suposição baseada em física clássica, ele considerou a quantização como sendo puramente um truque matemático, em vez de (como sabemos agora) uma mudança fundamental em nossa compreensão do mundo. Em 1905, em um de seus três trabalhos mais importantes, Albert Einstein adaptou o postulado de Planck para explicar o efeito fotoelétrico, mas Einstein propôs que a energia dos fótons em si eram quantificadas e que a quantização não era apenas um característica de osciladores microscópicos. O postulado de Planck foi ainda aplicado para compreender o efeito Compton e por Niels Bohr para explicar o espectro de emissão do átomo de hidrogênio e assim derivar o valor correto da constante de Rydberg.

Lei de Planck

Radiação de corpo negro (imagem: 4C. Permissão: GFDL).
A Lei de Planck para radiação de corpo negro exprime a radiância espectral em função do comprimento de onda e da temperatura do corpo negro.







I(\nu,T) =\frac{2h\nu^{3}}{c^2}\frac{1}{ e^{\frac{h\nu}{kT}}-1}


A tabela seguinte descreve as variáveis e unidades utilizadas:




Variável
Descrição
Unidade
radiancia espectral
J•s−1•m−2•sr−1•Hz−1
frequencia
hertz
temperatura do corpo negro
kelvin
constante de Planck
joule / hertz
velocidade da luz
metros / segundo
número de Euler
sem dimensão
constante de Boltzmann
joule / kelvin



O comprimento de onda está relacionado a frequência como (supondo propagação de uma onda no vácuo):



\lambda = { c \over \nu }.

Pode-se escrever a Lei de Planck em termos de energia espectral:




u(\nu,T)    =   {  4\pi \over c }   I(\nu,T)   =   \frac{8\pi h\nu^3 }{c^3}~\frac{1}{e^{\frac{h\nu}{kT}}-1}

A energia espectral também pode ser expressa como função do comprimento de onda:




u(\lambda,T) = {8\pi h c\over \lambda^5}{1\over e^{\frac{h c}{\lambda kT}}-1}

Max Planck produziu esta lei em 1900 e a publicou em 1901, na tentativa de melhorar a expressão proposta por Wilhelm Wien que adequou dados experimentais para comprimentos de onda curtos desviados para comprimentos de onda maiores. Ele estabeleceu que a Lei de Planck adequava-se para todos os comprimentos de onda extraordinariamente bem. Ao deduzir esta lei, ele considerou a possibilidade da distribuição de energia eletromagnética sobre os diferentes modos de oscilação de carga na matéria. A Lei de Planck nasceu quando ele assumiu que a energia destas oscilações foi limitada para múltiplos inteiros da energia fundamental E, proporcional à freqüência de oscilação n:




 E = {h  \nu}


Planck assumiu a essa quantização, cinco anos depois de Albert Einstein ter sugerido a existência de fótons como um meio de explicar o efeito fotoelétrico. Planck acreditava que a quantização aplicava-se apenas a pequenas oscilações em paredes com cavidades (que hoje conhecemos como átomos), e não assumindo as propriedades de propagação da Luz em pacotes discretos de energia. Além disto, Planck não atribuiu nenhum significado físico a esta suposição, mas não acreditava que fosse apenas um resultado matemático que possibilitou uma expressão para o espectro emitido pelo corpo negro a partir de dados experimentais dos comprimentos de onda. Com isto Planck pôde resolver o problema da catástrofe do ultravioleta encontrada por Rayleigh (John William Strutt) e James Hopwood Jeans que fazia a radiança tender ao infinito quando o comprimento de onda aproximava-se de zero, o que experimentalmente não é observado. É importante observar também que para a região do visível a fórmula de de Planck pode ser aplicada pela aproximação de Wien e da mesma forma para temperaturas maiores e maiores comprimentos de onda podemos ter também a aproximação dada por Rayleigh e Jeans.




Legado



"Um homem a quem foi dada a oportunidade de abençoar o mundo com uma grande idéia criativa não precisa do louvor da posteridade. Sua própria façanha já lhe conferiu uma dádiva maior!" - Albert Einstein, sobre Max Planck. As descobertas de Planck, que mais tarde viriam a ser verificadas por outros cientistas, foram o nascimento de um campo totalmente novo na física moderna, conhecidos como mecânica quântica, e que forneceram a base para a investigação de áreas pouco exploradas até então, como a energia nuclear. O próprio Planck sabe de sua importância. Tanto que em 1922 fez a seguinte afirmação: "É verdade, antes a física era mais simples, harmônica e, portanto, mais satisfatória!"



Homenagens e honrarias



"O mundo externo é algo independente do homem, algo absoluto, e a procura pelas leis que se aplicam a este absoluto mostram-se como a mais sublime busca científica na vida!"



  • "Pour le Mérite" - Science and Arts 1915 (em 1930 ele se tornou o chanceler desta condecoração)
  • Nobel de Física 1918 (premiado em 1919)
  • Medalha Lorentz 1927
  • Medalha Franklin (1927)
  • Adlerschild des Deutschen Reiches (1928), premiado pelo Presidente Alemão
  • Uma medalha com seu nome (Medalha Max Planck) foi criada em 1929 para feitos extraordinários em física teórica.21
  • Medalha Copley (1929)22
  • Em 1938, um asteróide (1069 Planckia) foi batizado em sua homenagem pela União Astronómica Internacional
  • Em 2009 a Agência Espacial Europeia batizou uma sonda (Planck (sonda espacial)), 23 como parte de seu programa científico Horizon 2000.
  • Uma cratera na lua foi batizada em sua homenagem (Cratera Planck).

 

Referências







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