Arnold Sommerfeld: biografia, modelo atômico, contribuições - Ciência - 2023

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Arnold Sommerfeld (1868-1951) foi um físico alemão, mais conhecido por ter elaborado a teoria atômica junto com Bohr há mais de um século. Foi um dos fundadores da física teórica, que se tornou uma disciplina independente graças às suas contribuições, junto com as obras de Max Planck, Albert Einstein e Niels Nohr. Ele é considerado um pioneiro da física quântica e atômica.

Hoje, o átomo de Bohr-Sommerfeld e a constante de estrutura fina ainda são conceitos usados pelos físicos. Alguns estudiosos associaram o nome de Sommerfeld à primeira escola moderna de física teórica. Suas contribuições também foram refletidas no livro didático Estrutura atômica e linhas espectrais, muito importante na física atômica.

Este livro de sua autoria se espalhou pelo mundo, foi traduzido para vários idiomas e foi um pilar na formação de muitos alunos na área de física nuclear.

Biografia

Seu nome completo era Arnold Johannes Wilhelm Sommerfeld. O físico alemão nasceu em 5 de dezembro de 1868 em Königsberg, Alemanha.

Seus pais eram Cäcile Matthias e Franz Sommerfeld, um médico da época. O casal teve mais filhos: Walter, nascido em 1863, era o irmão mais velho de Arnold, que também tinha uma irmã. Margarethe era dois anos mais nova do que Arnold, mas viveu apenas 10 anos porque foi afetada pela escarlatina.

Desde muito cedo Arnold mostrou muito interesse pelas artes e até tinha um grande talento.

Estudos

Seu interesse pelas artes se refletiu nos estudos que realizou em sua cidade natal, Königsberg. Ele demonstrou uma paixão especial pela literatura, especialmente pelas obras clássicas de autores alemães. Não tinha notas excelentes em todas as disciplinas, embora também não fosse um mau aluno.

Antes de entrar na faculdade, a ideia que passou pela cabeça foi dedicar-se à construção civil, área em que um membro de sua família já havia trabalhado.

O único problema que Sommerfeld encontrou foi que para trabalhar na área de engenharia civil, ele teria que deixar sua cidade natal e se instalar em uma cidade que tivesse uma universidade técnica onde fossem ministrados estudos que o serviriam para sua carreira.

Na Albert University of Königsberg, que leva o nome de seu fundador, ele não pôde estudar engenharia. Mas como não tinha muita certeza sobre a carreira que queria escolher, a mudança ficou em segundo plano e ele preferiu ficar perto da família.

Estágio universitário

No primeiro semestre se orientou sobre os cursos ministrados na instituição. Ele se matriculou em cursos de economia, política econômica, etnografia, partidos políticos, cálculo, direito civil alemão, crítica a Kant e fundamentos da ética.

Após terminar aquele primeiro semestre, Sommerfeld passou a focar seu currículo em cursos que tinham uma base mais técnica, mas ainda não se concentrava na área de física. Na verdade, seu principal interesse era a área de matemática.

Ele passou seis anos na faculdade, obteve um Ph.D. e ganhou confiança para enfrentar seu futuro. Entre seus professores teve personalidades como Ferdinand von Lindemann, Adolf Hurwitz, David Hilbert e o também físico Emil Wiechert.

Estágio militar

Após completar seus estudos universitários, Sommerfeld cumpriu suas obrigações na área militar como voluntário por um ano. Ele fazia parte do regimento de infantaria em Königsberg, embora não fosse um trabalho de que gostasse muito; ele considerava o trabalho militar de um soldado algo tedioso.

Uma das vantagens de ter formado para o regimento de infantaria era que ele ficava em Königsberg e, portanto, ficava perto de casa. Mesmo, devido ao caráter voluntário de seu trabalho, ele poderia dormir em casa.

Raça

Depois de cumprir suas obrigações no mundo militar e depois de ter obtido seu doutorado, mudou-se para Göttingen em 1891 para trabalhar na Universidade daquela cidade. Em Göttingen, ele trabalhou ensinando algumas aulas de matemática e física teórica. Ele também serviu como assistente de Felix Klein, um conhecido matemático da época.

Em 1897 ele foi para a Universidade Clausthal Zellerfeld, em Goslar, onde também ensinou por três anos antes de se mudar para Aachen. Na universidade da cidade, ele atuou como professor de engenharia técnica.

Por ser professor de física teórica em Munique, entre 1906 e 1931, foi quando concluiu seus trabalhos mais relevantes. Ele veio a Munique para substituir o físico Ludwig Boltzmann como professor de física teórica. Ademais estava a cargo da direção do Instituto de Educação Teórica que se encontrava em Munique na Universidade do estado.

Morte

Arnold Sommerfeld morreu em 26 de abril de 1951. Sua morte ocorreu em Munique, onde sofreu um acidente de trânsito enquanto caminhava com seus netos.

No final de março, o físico alemão passeava em sua casa em Munique com os netos, quando foi atropelado por um carro. Depois de dez dias, ele perdeu a consciência e logo depois morreu em conseqüência dos ferimentos sofridos em conseqüência do acidente.

Modelos atômicos

Seu principal trabalho ocorreu em 1915, quando, junto com o físico dinamarquês Niels Bohr, foi responsável por transformar alguns aspectos da teoria atômica. Para isso, os dois cientistas confiaram em outras teorias, como a quântica e a relativística.

Sua motivação foi baseada no fato de que a teoria atômica tinha falhas quando se tratava de explicar o que eram átomos complexos

Nas ideias que Sommerfeld e Bohr levantaram, eles explicaram que as órbitas feitas pelos elétrons tinham forma elíptica. Além disso, essas órbitas tinham outro número quântico, considerado secundário.

A importância desses números quânticos, tanto o secundário quanto o principal obtido por Bohr, era que ele determinava se o elétron tinha momento angular. Isso foi relevante porque nos permitiu determinar se o elétron tinha energia cinética.

Ele também falou sobre a presença de um terceiro número quântico, que era chamado de magnético. Este número tinha a função de estabelecer a inclinação do plano da órbita.

Para o ano de 1916, o físico alemão Friedrich Paschen mostrou que as ideias que Sommerfeld levantava eram corretas, mas não era uma teoria definitiva porque não resolvia alguns problemas

problemas

O sistema periódico dos elementos e o comportamento a nível químico que tiveram melhor explicação graças ao modelo atômico denominado Bohr-Sommerfeld. Mas a contribuição de outros estudos também foi necessária para isso. Por exemplo, ele se beneficiou de descobertas subsequentes.

Como Wolfgang Pauli, em 1924, que afirmava que a presença de dois elétrons não poderia ocorrer ao mesmo tempo se eles tivessem o mesmo número quântico. Além disso, um quarto número quântico foi introduzido em 1924 graças aos avanços de Goudsmit e Unlenbeck.

Foram as idéias da mecânica quântica de ondas que permitiram uma melhor análise dos espectros. Finalmente, este modelo Bohr-Sommerfeld foi mais tarde substituído por um modelo que dependia da mecânica das ondas.

Outras contribuições

O trabalho de Sommerfeld permitiu-lhe desenvolver mais ideias na área. De suas aplicações da teoria a problemas técnicos, sua teoria do atrito de lubrificantes e suas contribuições à telegrafia sem fio foram as mais conhecidas.

Suas contribuições em outras áreas também foram relevantes, especialmente quando ele trabalhou na teoria clássica do eletromagnetismo.

Seu trabalho como professor também foi uma grande contribuição para o mundo científico. A partir de 1906, quando chegou à Universidade de Munique, formou várias gerações de físicos teóricos. Seus alunos incluem oito ganhadores do Nobel.

Foi importante para a introdução do segundo e terceiro números quânticos, mas também da teoria da onda de raios-X.

Na última etapa de sua carreira, o alemão se encarregou de usar a mecânica estatística para explicar alguns comportamentos. Especificamente, ele explicou as propriedades eletrônicas dos metais.

Ele desempenhou um papel importante no estabelecimento da Jornal de física em 1920. Essa publicação serviu para publicar e revisar diversos trabalhos na área da física.

Trabalhos publicados

Sommerfeld publicou vários trabalhos ao longo de sua carreira. Duas de suas obras se destacaram, como é o caso de Átomos e linhas espectrais e o texto de Introdução à física teórica.

No total, foram mais de 10 livros de autoria, alguns deles com vários volumes. Além dos muitos artigos que escreveu sobre suas ideias e descobertas.

prémios Nobel

Sommerfeld é o protagonista de um dos casos mais curiosos do mundo científico. Apesar de todas as contribuições que fez, ele nunca recebeu o Prêmio Nobel de Física.

Fica ainda mais curioso se você levar em conta que ele é o físico com mais indicações na história do Prêmio Nobel. Tem um total de 84 candidaturas, que se acumularam entre os anos de 1917 e 1951.

Somente em 1929 ele teve nove indicações. E no ano em que morreu, recebeu mais quatro.

Embora nunca tenha recebido o prêmio, ele tem a honra de ser o físico com mais alunos vencedores.

Referências

Arnold Sommerfeld | Físico alemão. Recuperado da britannica.com
Beléndez, A. (2017). Sommerfeld: o Eterno Candidato ao Nobel. Recuperado de bbvaopenmind.com
Eckert, M. (2013). Arnold Sommerfeld. New York, NY: Springer.
Izquierdo Sañudo, M. (2013). Evolução histórica dos princípios da química. [Local de publicação não identificado]: Uned - Universidade Nacional.
Seth, S. (2010). Construindo o quantum. Cambridge, Mass.: MIT Press.