Explique a origem do problema da catástrofe do ultra-violeta ao se avaliar a energia contida na radiação no interior de uma cavidade utilizando Física Clássica e explique como Planck contornou esse problema.
Respostas:
1-C 2-B 3-C 4-A 5-D 6-D 7-B.

Passo 1

Beleza, vamos lá! A questão pede para a gente entender de onde surgiu o problema da catástrofe do ultravioleta quando tentamos calcular a energia da radiação dentro de uma cavidade usando a Física Clássica. Além disso, precisamos explicar como Max Planck resolveu esse probleminha. Para isso, vamos precisar saber sobre radiação de corpo negro e como a Física Clássica abordava esse assunto.

Passo 2

Primeiro, vamos falar sobre a radiação de corpo negro. Imagine uma cavidade perfeita que absorve toda radiação que entra nela. A energia emitida por essa cavidade depende da temperatura e da frequência da radiação. A Física Clássica, usando as leis de Maxwell e a Lei de Distribuição de Rayleigh-Jeans, tentou calcular essa energia.

Passo 3

O problema surge quando usamos a Lei de Rayleigh-Jeans, que diz que a energia por unidade de comprimento de onda aumenta proporcionalmente ao quadrado da frequência (λ⁻⁴). Isso quer dizer que, à medida que a frequência aumenta (ou seja, o comprimento de onda diminui), a energia teórica calculada tende a infinito. Essa previsão infinita é o que chamamos de catástrofe do ultravioleta, e claramente não condiz com o que observamos na natureza.

Passo 4

Então, como resolver isso? Entra em cena Max Planck. Ele percebeu que a abordagem clássica estava errada e propôs uma ideia revolucionária: a quantização da energia. Em vez de a energia poder ter qualquer valor, ela só podia assumir valores discretos, ou seja, pacotes de energia chamados de quanta.

Passo 5

Planck desenvolveu uma nova fórmula para a distribuição da radiação, considerando que os osciladores dentro da cavidade absorviam e emitidos energia em quantidades discretas. Essa abordagem evitou que a energia calculada aumentasse sem limite para altas frequências, eliminando assim a catástrofe do ultravioleta e alinhando a teoria com as observações experimentais.

Resposta

Então, resumindo, o problema da catástrofe do ultravioleta surgiu porque a Física Clássica previa uma energia infinita para altas frequências na radiação de corpo negro. Max Planck contornou esse problema ao introduzir a ideia de que a energia é quantizada, ou seja, só pode ser emitida ou absorvida em pacotes discretos, resolvendo a discrepância entre teoria e experimentos.

Exercícios relacionados

Um motor quatro cilindros , de dois tempos, que opera em um ciclo Diesel ideal tem a razão de compressão igual a 22 e a razão de corte de 1,8 . Ar na temperatura de e pressão entra nos pistões para ser comprimido. Determine qual a potência que o motor entrega na velocidade de .
Ar entra em um compressor de um ciclo padrão de ar de Brayton a , com uma vazão volumétrica de . A razão de pressão do compressor é 10 . A temperatura de entrada na turbina é de 1400 K. Determine:
(a) A eficiência térmica do ciclo
(b) A razão de trabalho reverso (back work ratio)
© A potência líquida desenvolvida, em .
Uma solução de nitrato de sódio na água, a uma temperatura de , contém de , em peso.
a) Calcular o peso de que pode cristalizar de 1000 lb desta solução, reduzindo a temperatura a .
b) Calcular o rendimento, em porcentagem, do processo.
Dados: Solubilidade do a em peso;
Solubilidade do a em peso.
Em um forno o resultado da queima de um combustível hidrocarboneto puro resultou na seguinte análise do gás de combustão seco: de CO2 e 7,5% de O2. Calcule a quantidade em excesso de oxigênio usado e a composição do gás de combustão úmido.
Dados: Números atômicos - C (12); N (14); O (16), e H (1); Ar (29