P3 de Física 4 - FIS1061 da PUCRIO - 2016.2

Faça a escolha correta e justifique: Para explicar a curva de intensidade da radiação emitida da cavidade, à temperatura T, em função do comprimento de onda, Planck supôs que:

(a) a intensidade da radiação era quantizada.

(b) o campo elétrico da radiação emitida oscilava somente no modo fundamental.

(c) os osciladores na parede da cavidade possuíam energias com valores discretos.

(d) os osciladores na parede da cavidade oscilavam somente no modo fundamental.

Faça a escolha correta e justifique: Quanto ao Efeito Fotoelétrico, é INCORRETO afirmar:

(a) Existe uma frequência de corte abaixo da qual não há o efeito.

(b) O potencial de frenagem (de corte) é o mesmo para intensidades diferentes da radiação incidente no material com a mesma frequência (acima da frequência de corte).

(c) O potencial de frenagem ocorre quando a energia da radiação incidente não é superior à função trabalho do material.

(d) O potencial de corte corresponde à energia cinética máxima dos elétrons ejetados.

Um laser de potência 𝑃 = 10 𝑚𝑊 emite radiação eletromagnética com comprimento de onda 𝜆 = 780 𝑛𝑚. Encontre o número de fótons emitidos por segundo:

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

Tem-se a impressão que a luz é contínua e não se vê um fóton individualmente porque:

(a) uma onda luminosa contém uma grande quantidade de fótons tendo cada fóton uma quantidade bem pequena de energia.

(b) uma onda associada a um fóton se combina com a onda associada ao fóton vizinho. Isso faz um raio luminoso parecer contínuo.

(c) a onda associada a um fóton se estende por uma região maior do que nossos olhos são capazes de detetar.

(d) as propriedades corpusculares dos fótons não interagem com os nossos olhos.

Um feixe de raios-X com comprimento de onda 3,00 𝑝𝑚 e energia 413,3 𝑘𝑒𝑉 é espalhado por elétrons em um experimento do efeito Compton. Os raios-X espalhados são detectados em um ângulo de 180° em relação à direção do feixe incidente.

(a) Calcule o comprimento de onda e a energia dos fótons do raios-X espalhado.

(b) Obtenha a energia total dos elétrons espalhados

De acordo com de Broglie o elétron do átomo de Hidrogênio no modelo de Bohr:

(a) é uma partícula que gira em torno do núcleo.

(b) tem propriedades ondulatórias e a circunferência da órbita é igual a um número inteiro de comprimentos de onda.

(c) mantém a estabilidade do átomo através da atração eletrostática com o núcleo.

(d) somente pode ocupar o estado fundamental.

Justifique:

Faça a escolha correta e justifique: A explicação do Efeito Compton incorpora uma colisão elástica entre um fóton de raios-X e um elétron praticamente livre no bloco de grafite. Pode-se afirmar:

(a) O elétron e os fótons incidente e espalhado são tratados como ondas.

(b) O elétron possui energia não relativística tanto antes quanto depois da colisão.

(c) O fóton espalhado possui comprimento de onda menor que o do fóton incidente.

(d) O fóton espalhado possui comprimento de onda maior que o do fóton incidente.

Pode-se aplicar o modelo de Bohr para o átomo de Hélio (Z = 2) ionizado ou seja, com um elétron somente.

1. Calcule a energia cinética (em 𝑒𝑉) do elétron no estado fundamental.
2. Determine o mínimo comprimento de onda da radiação emitida por transições eletrônicas que terminem no estado quântico 𝑛 = 4

Faça a escolha correta e justifique: De acordo com a Mecânica Quântica, as ondas eletromagnéticas emitidas por átomos isolados:

(a) são emitidas em uma faixa contínua de frequências com uma intensidade que depende da temperatura em que estão esses átomos.

(b) são emitidas apenas na faixa visível do espectro eletromagnético.

(c) apresentam grupos de 3𝑛 comprimentos de onda onde 𝑛 é o número de elétrons.

(d) possuem frequências bem definidas que variam de um elemento químico para outro

Uma partícula livre se move no sentido positivo do eixo x com velocidade v. A solução da equação de Schrödinger para esse caso é dada por . Obtenha o valor (p) do momento linear dessa partícula.

Considere o uso da lei de Wien válido aproximadamente para a superfície das estrelas. Antares é uma gigante luminosa com temperatura de superfície próxima de 3000K. Determine a cor aproximada de Antares.

Faça a escolha correta e justifique: Os resultados obtidos no modelo de átomo de Bohr são aproximados porque:

(a) todos os núcleos atômicos possuem nêutrons exceto o de Hidrogênio.

(b) o poço de potencial atômico é infinito apenas para o átomo de Hidrogênio.

(c) o elétron não é tratado como uma onda confinada em um poço de potencial.

(d) o efeito Doppler foi considerado na emissão da radiação.

Faça a escolha correta e justifique: Na Mecânica Quântica, quando um átomo emite um fóton:

(a) a massa do átomo aumenta.

(b) a energia do átomo aumenta.

(c) a massa do átomo diminui.

(d) o átomo não sofre uma transição quântica.

O átomo de Hidrogênio foi estudado usando-se a equação de Schrödinger. Em consequência se obteve o momento angular com valor nulo no estado fundamental. Contudo, de acordo com o modelo de Bohr, não poderia haver valor nulo para esse mesmo momento angular. Explique esse fato a partir das relações entre os números quânticos (𝑛,𝑙,𝑚) e por comparação das expressões do momento angular para as duas teorias.

Faça a escolha correta e justifique: A energia no estado fundamental de um elétron confinado em uma caixa unidimensional de comprimento 𝐿 = 0,2 𝑛𝑚 é:

(a) 1,88 eV

(b) 4,47 eV

(c) 6,25 eV

(d) 9,38 eV.

Produz-se o efeito fotoelétrico no revestimento de Níquel sobre outro material com ondas EM de comprimento de onda 100 𝑛𝑚. A função trabalho desse metal tem valor 5,01 𝑒𝑉. Encontre o potencial de frenagem para esse comprimento de onda.