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Enunciado

Física - Young and Freedman - Vol 4- Ed: 12º - Capítulo 38.Exercícios - Ex. 31

38.31. Muitos átomos de neônio estão em equilíbrio térmico. Qual é a razão entre o número de átomos no estado 5s e o número de átomos no estado 3p para a) 300 K? b) 600 K? c) 1200 K? As energias desses estados são indicadas na Figura 38.24a. d) Em qualquer uma dessas temperaturas, a taxa com que o gás neônio emite espontaneamente a radiação de 632,8 nm é muito pequena. Explique por quê.

Passo 1

Bom, a equação 38.21 do livro mostra que

n e x n g = e - E e x - E g k T

No caso do exercício a equação vai ficar

n 5 s n 3 p = e - E 5 s - E 3 p k T

O estado 5 s é um estado mais estável que o 3 p .

Agora vamos lá na figura 38.24a para pegar as informações que precisamos, que são as energias desses estados:

E 5 s = 20,66   e V

E 3 p = 18,70   e V

Bom, agora temos tudo para responder os itens (a), (b) e (c). Basta substituir os valores.

Passo 2

(a)

n 5 s n 3 p = e - 20,66 - 18,70 1,38 ⋅ 10 - 23 300 = 1,2 ⋅ 10 - 33

(b)

n 5 s n 3 p = e - 20,66 - 18,70 1,38 ⋅ 10 - 23 6 00 = 3,5 ⋅ 10 - 17

(c)

n 5 s n 3 p = e - 20,66 - 18,70 1,38 ⋅ 10 - 23 12 00 = 5,9 ⋅ 10 - 9

Passo 3

A gente fez 3 itens de uma vez. Só falta o item (d) agora.

O número de átomos excitados no estado 5 s   (o estado inicial) é baixo. A taxa de emissão de ondas de 632,8   n m é pequena. A taxa cresce conforme a temperatura cresce.

Resposta

(a)

n 5 s n 3 p = 1,2 ⋅ 10 - 33

(b)

n 5 s n 3 p = 3,5 ⋅ 10 - 17

(c)

n 5 s n 3 p = 5,9 ⋅ 10 - 9

(d) O número de átomos excitados no estado 5 s   (o estado inicial) é baixo.

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