Ao final do século XIX, a Física Clássica mostrou-se insuficiente em descrever quantitativamente e qualitativamente alguns fenômenos. Isto motivou a busca por novas teorias, proporcionando o surgimento, por exemplo, da Mecânica Quântica. Neste contexto, analise as afirmativas, identificando com V as VERDADEIRAS e com F as FALSAS, assinalando, a seguir, a alternativa CORRETA, na sequência de cima para baixo:
( ) A lei de Wein estabelece que para cada temperatura existe um comprimento de onda para o qual a intensidade da radiação emitida é máxima. Ela fornece resultados compatíveis com o espectro de emissão de radiação de corpo negro na região de pequenos comprimentos de onda.
( ) O resultado que ficou conhecido como catástrofe ultravioleta refere-se à equação de Rayleigh, que concordava com o espectro de emissão de radiação de corpo negro para frequências maiores, enquanto que para as frequências menores tendia ao infinito.
( ) A catástrofe ultravioleta somente foi solucionada pelo físico teórico Max Planck através de seu postulado de quantização de energia: Um oscilador de frequência v só poderia emitir ou absorver energia em múltiplos inteiros de um quantum de energia.
( ) Na teoria de Planck a quantidade mínima de energia emitida, chamada de quantum, é dada por hv, onde v é a frequência de radiação e h é uma nova constante universal, a constante de Planck.
( ) Os pacotes de energia podem assumir valores dados por E=nh v, onde v é a frequência de radiação, h é a constante de Planck e n é um número inteiro positivo par (0,2,4,6, ldots).
a) V-V-V-V-F.
b) F-V-F-V-F.
c) V-F-F-V-V.
d) V-F-V-V-F.
e) F-F-V-V-F.

Passo 1

Beleza, vamos resolver esse exercício juntos! A gente tem cinco afirmações sobre a história da Física e a transição para a Mecânica Quântica. Nosso objetivo é identificar quais são verdadeiras (V) e quais são falsas (F). Para isso, vamos precisar entender a Lei de Wien, a equação de Rayleigh, a catástrofe ultravioleta, e as ideias de Max Planck sobre quantização de energia.

Passo 2

Primeira afirmação:
“A lei de Wein estabelece que para cada temperatura existe um comprimento de onda para o qual a intensidade da radiação emitida é máxima. Ela fornece resultados compatíveis com o espectro de emissão de radiação de corpo negro na região de pequenos comprimentos de onda.”
Análise:
A Lei de Wien realmente diz que para cada temperatura existe um comprimento de onda onde a emissão de radiação é máxima. Além disso, ela se ajusta bem com o espectro de corpo negro, especialmente em comprimentos de onda menores (ultravioleta). Então, essa afirmação é Verdadeira (V).

Passo 3

Segunda afirmação:
“O resultado que ficou conhecido como catástrofe ultravioleta refere-se à equação de Rayleigh, que concordava com o espectro de emissão de radiação de corpo negro para frequências maiores, enquanto que para as frequências menores tendia ao infinito.”
Análise:
A catástrofe ultravioleta é o problema que surgiu nas previsões clássicas da Física, onde a energia emitida pelo corpo negro aumentava sem limite para altas frequências (ultravioleta), o que não acontece na realidade. A equação de Rayleigh-Jeans, que é a parte clássica, concorda com o espectro para frequências menores, mas faliu para as maiores, justamente prevendo uma energia infinita que não ocorre. A afirmação inverteu as frequências, então ela é Falsa (F).

Passo 4

Terceira afirmação:
“A catástrofe ultravioleta somente foi solucionada pelo físico teórico Max Planck através de seu postulado de quantização de energia: Um oscilador de frequência v só poderia emitir ou absorver energia em múltiplos inteiros de um quantum de energia.”
Análise:
Isso é exatamente o que Max Planck fez! Ele propôs que a energia não é contínua, mas sim quantizada, ou seja, só pode existir em “pacotes” de energia chamados quanta, dados por E = hnu. Essa ideia resolveu a catástrofe ultravioleta, já que limitou a energia emitida em altas frequências. Então, essa afirmação é Verdadeira (V).

Passo 5

Quarta afirmação:
“Na teoria de Planck a quantidade mínima de energia emitida, chamada de quantum, é dada por hv, onde v é a frequência de radiação e h é uma nova constante universal, a constante de Planck.”
Análise:
Exatamente! Planck introduziu a constante h e definiu o quantum de energia como E = hnu. Essa foi uma das bases da Mecânica Quântica. Portanto, essa afirmação é Verdadeira (V).

Passo 6

Quinta afirmação:
“Os pacotes de energia podem assumir valores dados por E=nh v, onde v é a frequência de radiação, h é a constante de Planck e n é um número inteiro positivo par (0,2,4,6, ldots).”
Análise:
Na verdade, o n em E = nhnu pode ser qualquer número inteiro positivo, não necessariamente par. A afirmação limita o n a ser apenas números pares, o que não está correto. Então, essa afirmação é Falsa (F).

Resposta

d) V-F-V-V-F.

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