Enunciado

Um elétron é emitido por um nuclideo de massa intermediária ( A = 150 , por exemplo) com uma energia cinética de 1,0   M e V . (a) Qual é o comprimento de onda de Broglie de elétron? (b) Calcule o raio do núcleo responsável pela emissão. (c) Um elétron com essas características pode ser confinado em uma caixa de mesma dimensão que o núcleo? (d) É possível usar o resultado do item (c) para rejeitar a hipotse (hoje descartada) de que existem elétrons permanentemente no interior do núcleo?

Passo 1

a) Vamos supor que o elétron emitido com uma velocidade tão alta que é preciso usar uma expressão relativística para o momento. Nesse caso temos que o comprimento de onda de Broglie para o elétron é dado por:

λ = h p = h c K 2 + 2 K m c 2

Substituindo os valores fornecidos pelo enunciado obtemos:

λ = 1240   M e v   f m 1,0   M e V 2 + 2 1,0   M e V 0,511   M e V = 0,90   p m = 900 f m

Passo 2

b) O raio do núcleo responsável pela emissão é dado pela seguinte equação:

r = r 0 A 1 / 3

Fazendo os cálculos obtemos:

r = 1,2   f m 150 1 / 3 = 6,4   f m

Passo 3

c) Como λ ≫ r , o elétron não pode ser confinado em uma caixa com as mesmas dimensões que o núcleo. Para que exista uma onda estacionária num poço potencial infinito (caixa) o maior comprimento possível da ond ade matéria é λ / 2 .

Passo 4

d) Sim, o fato de que o comprimento de onda da onda de matéria associada ao elétron é muito maior que o raio do núcleo pode ser considerado um forte argumento para rejeitar a hipótese de que o elétron estava confinado no interior do núcleo antes de ser emitido.

Resposta

a) λ = 900   f m

b)   r = 6,4   f m

c) Não

d) Sim

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