Este problema consiste em estimar o tempo de retardo previsto pela física clássica, mas não observado nos experimentos. (a) Supondo que a radiação emitida por uma lâmpada de 1W se propague uniformemente em todas as direções, determine a intensidade luminosa
à uma distância de 1 m da lâmpada. (b) Supondo que a placa metálica esteja a esta distância da lâmpada e que o raio de um átomo na placa seja igual a
, calcule a potência luminosa absorvida pelo átomo
. © Se a função trabalho do material é igual a 2 eV , quanto tempo é necessário para um átomo absorver esta quantidade de energia? Admita que o átomo absorve toda a energia incidente sobre ele.
Respostas: (a)
; (b)
© 128 s , pouco mais de dois minutos.
Respostas: (a)
Passo 1
Vamos analisar o enunciado juntos. O exercício pede para estimarmos o tempo de retardo previsto pela física clássica para um processo que não foi observado nos experimentos. Vamos precisar usar conceitos de radiação luminosa, intensidade luminosa, potência absorvida e energia. Para resolver isso, vamos aplicar fórmulas de propagação da luz e de absorção de energia pelos átomos.
Passo 2
Parte (a): Determinar a intensidade luminosa a 1 metro da lâmpada.
Primeiro, vamos entender o que é intensidade luminosa. A intensidade luminosa mede a quantidade de energia luminosa que passa por uma área por unidade de tempo. Quando uma lâmpada emite luz uniformemente em todas as direções, a energia se distribui em uma esfera ao seu redor.
A fórmula para a intensidade
é dada por:
Onde:
-
é a potência da lâmpada (1 W). -
é a distância da fonte (1 m).
Vamos calcular:
Mas como precisamos da intensidade em
, vamos converter watts para electronvolts por segundo. Sabemos que
.
Então:
Passo 3
Parte (b): Calcular a potência luminosa absorvida pelo átomo.
Primeiro, precisamos determinar a área efetiva da absorção do átomo. Sabemos que o raio do átomo é
. A área
de um átomo pode ser calculada pela área de um círculo:
A potência absorvida
é o produto da intensidade luminosa
pela área
:
Passo 4
Parte ©: Calcular o tempo necessário para um átomo absorver 2 eV de energia.
Aqui, queremos saber quanto tempo
o átomo leva para absorver uma energia
de 2 eV. A relação entre energia, potência e tempo é:
Isolando
:
Isso significa que levaria aproximadamente 128 segundos, ou pouco mais de dois minutos, para o átomo absorver a quantidade de energia necessária.
Resposta
(a)
;
(b) ;
© 128 segundos, pouco mais de dois minutos.
(b)
© 128 segundos, pouco mais de dois minutos.