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Ano |
Módulo |
Horas de Contacto |
Horas Totais |
ECTS |
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2º |
2.1 |
70 (T=30; TP=20; PL=15; OT=5) |
140 (Estudo=40; Tr.Grupo=20; Tr.Projecto=10) |
5 |
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Conhecimentos prévios necessários: Disciplinas de Física do Ensino Secundário e Métodos Matemáticos (Álgebra, Análise Matemática I e Análise Matemática II), Física Geral I. |
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Resumo: (Resumo do programa/disciplina). Conceitos gerais: a) Os atomos podem formar as moléculas só com certas proporções (Richter e Dalton); b) O peso relativo dos átomos é aproximadamente o múltiplo inteiro do peso do átomo de Hidrogénio (Prout); c) A massa de cada átomo é associada com a carga eléctrica específica (Faraday e Webber); d) Os elementos podem ser agrupados nos grupos com as mesmas propriedades químicas mas com o peso atómico diferente (Tabela periódica de Mendeleev); e) O tamanho de átomo é aproximadamente ~10-10 m (Loschmidt). (Resultados obtidos entre 1700 e 1900). (2 horas). Luz e matéria: Estrutura de onda electromagnética na teoria clássica do Maxwell. Espectro de radiação térmico. Lei de Kirchhoff. Lei de Stefan. Lei de Wien. Catástrofe ultravioleta. Conceito dos quantos de luz (fotões) de Planck. Descobrimento de electrões (J.J.Thomson 1890) e medição de e/m ratio (1897). Raios X (W.Röntgen 1895). Radioactividade (Becquerel 1896). (4 horas). Forças e campos fundamentais: Actuações e movimentos. Forças gravitacionais. Forças e campos eléctricos e magnéticos. Forças nucleares (fortes e fracos). Ondas e corpúsculos. Hipótese de L. de Broglie. Equação de Schrödinger. Difracção de Rais-X e de electrões. (2 horas). Núcleos: A descoberta do núcleo atómico. Raios nucleares. Massas nucleares, constituintes do núcleo e energia de ligação. O núcleo como gás de Fermi. Modelo da gota líquida e limites de estabilidade. Spin e paridade. Momentos eléctricos e magnéticos. Lei do decaimento radioactivo. Radioactividade natural. Decaimento alfa (transmissão através de barreiras de potencial). (2 horas). Átomos: Átomo de Hidrogénio. Fórmula de Balmer-Rydberg. Teoria de Bohr dos átomos hidrogenóides. Experiência de Franck e Hertz. Momento magnético orbital e de spin. Princípio de expulsão de Pauli. Distribuição de electrões nos átomos. Multiplicidade dos níveis. Acoplamento de momentos angulares. (4 horas). Moléculas: O sistema periódico. Camadas completas. Distribuição da carga na nuvem electrónica e as propriedades moleculares. Ligação química. Classificação dos tipos de ligação: ligação iónica heteropolar, ligação de covalência, teoria das forças de van der Waals e outros tipos de ligação. (3 horas). Matéria condensada (cristais): Estrutura periódica da rede atómica dos cristais. Tipos de estrutura cristalina. Propriedades elásticas de cristais. Modos de vibração da rede cristalina – fonões. Zonas de Brillouin. (3 horas). Dieléctricos: Modelos de Einstein e de Debye. Teoria de Debye de capacidade calorífica de dieléctricos. Expansão térmica. Condutividade térmica. (3 horas). Metais: Electrões numa rede periódica – bandas. Gás de electrões livres. Funções de Bloch. Densidade dos estados de electrões. Função de distribuição de Fermi-Dirack. Capacidade calorífica de gás dos electrões. Electrocondutividade – modelo de Zommerfeld. Condutividade térmica dos metais. (3 horas). Semicondutores: Estrutura cristalina e estrutura de bandas electrónicas. Concentração de portadores intrínsecos da carga. Electrocondutividade intrínseca. Condutividade de impurezas. Ionizasão térmica de doadores e receptores. Mobilidade em presença de impurezas. Junções p – n. Rectificação. Células solares e detectores fotovoltáicos. Hetero-Junções semicondutores. Poços quânticos. Lasers semicondutores. Barreira de Schottky. Osciladores com efeito de Gunn. Efeitos termoeléctricos em semicondutores. (6 horas). Trabalhos práticas:
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Resultados da aprendizagem: Listar os conceitos gerais e experiências fundamentais da teoria atómica de matéria. Enunciar a estrutura de onda electromagnética na teoria clássica do Maxwell. Listar as Leis de radiação (Leis de Kirchhoff, de Stefan e de Wien). Enunciar o conceito de quanta de luz (fotões) de Planck e a forma de espectro de radiação térmica. Listar os conceitos de forças e campos fundamentais. Enunciar a hipótese de dualidade de matéria (ondas e corpúsculos, hipótese de L. de Broglie). Enunciar a Equação de Schrödinger. Listar os parâmetros gerais de núcleos (composição, diapasões de raios e de massas). Adquirir noção sobre modelos e estabilidade de núcleos. Enunciar a Lei do decaimento radioactivo. Saber as sérias básicas de radiação do átomo de hidrogénio. Enunciar o modelo de Bohr para o átomo de hidrogénio. Adquirir noção sobre Momento magnético orbital e de spin. Enunciar o princípio de expulsão de Pauli e aplicar este princípio para explicar a distribuição dos electrões nos átomos. Enunciar a multiplicidade dos níveis e acoplamento de momentos angulares. Adquirir noção sobre o sistema periódico. Enunciar os tipos de ligação química entre átomos e moléculas. Adquirir noção sobre estrutura periódica da rede atómica dos cristais e tipos de estrutura cristalina. Enunciar propriedades elásticas de cristais. Definir modos de vibração da rede cristalina – fonões e Zonas de Brillouin. Enunciar Modelos de Einstain e de Debye. Definir as propriedades térmicas de dieléctricos no âmbito de modelo de Debye. Saber o comportamento de electrões numa rede periódica – funções de Bloch e a formação de bandas. Enunciar a Função de distribuição de Fermi-Dirack e densidade dos estados de electrões. Listar as propriedades básicas dos metais: Electrocondutividade (modelo de Zommerfeld) e Condutividade térmica. Listar as propriedades básicas de semicondutores (estrutura cristalina e estrutura de bandas electrónicas). Enunciar a relação entre concentração de portadores intrínsecos da carga e electrocondutividade intrínseca de semicondutores. Definir os métodos de regulação da electrocondutividade através de introdução artificial de impurezas. Adquirir a noção sobre Ionização térmica de doadores e receptores e sobre mobilidade de portadores da carga em presença de impurezas. Listar as propriedades básicas de Junções p – n (rectificação, estabilização da corrente eléctrica). Saber os princípios de funcionamento de células solares e detectores fotovoltáicos. Adquirir a noção sobre Hetero-Junções semicondutores, Poços quânticos e Lasers semicondutores. Saber o origem de Barreira de Schottky e os princípios de funcionamento de osciladores com efeito de Gunn. Enunciar os efeitos termoeléctricos em semicondutores. |
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Estratégias de ensino: (Aulas teóricas, teórico práticas e laboratoriais). Aulas teóricas necessariamente vão ser acompanhadas com aulas teórico práticas com resolução de problemas e exercícios relacionadas com material teórico para melhor compreensão dos conceitos em estudo usando sistemas de vídeo projecção e escrita em quatro. Aulas laboratoriais com realização de experiências, aquisição e tratamento de dados com recurso a ferramentas estatísticas e informáticas. Apresentação e redacção de relatórios com discussão de resultados obtidos. |
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Avaliação: Classificação final consiste de nota do exame 70% (nota mínima 9.5 valores) e de nota de resultados de trabalhos laboratoriais 30% (6 trabalhos feitos e apresentados com 5 relatórios (escolhidos pelo professor responsável pela disciplina), nota mínima 10 valores). |
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