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.

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