Em 1905, Albert Einstein propôs que a luz, um tipo de radiação eletromagnética, é composta por fótons, sendo que cada fóton tem energia proporcional à frequência da luz (f) e à constante de Planck (h). Nesses termos, E=hf, e a intensidade da luz é a medida da quantidade de fótons. Essa interpretação foi fundamental para explicar o efeito fotoelétrico, no qual elétrons são ejetados de um material (geralmente um metal) quando este é irradiado com luz cujos fótons têm energia maior que a função trabalho do material.
Com base nesse fenômeno, a energia cinética máxima dos elétrons ejetados aumenta:
O efeito Compton, descoberto na década de 1920, é hoje amplamente utilizado durante tratamentos radioterápicos. O efeito relaciona-se à mudança no comprimento de onda de fótons de raios X quando interagem com partículas como elétrons ou prótons, conforme ilustrado na figura a seguir. Quando um fóton com comprimento de onda λ incide sobre uma partícula, ele emerge dessa interação formando um ângulo θ com sua direção inicial de movimento, e seu novo comprimento de onda λ′ é dado pela relação λ′=λ+mα(1−cosθ), em que α é uma constante positiva e m é a massa da partícula. Com base nessas informações e em seus conhecimentos sobre a propagação das ondas eletromagnéticas, assinale a alternativa correta.
Imagens anexadas
A)A maior variação no comprimento de onda do fóton ocorre quando o ângulo θ é igual a 90∘.
B)Se o ângulo θ é igual a 30∘, o fóton emergente tem frequência menor do que a frequência inicial.
C)Quando θ=0, a velocidade do fóton emergente é menor do que a do fóton incidente, devido à conservação da quantidade de movimento.
D)Se o ângulo θ é igual a 60∘, a variação no comprimento de onda do fóton é menor se a partícula for um elétron do que se a partícula for um próton.
E)Um fóton que emergiu perpendicularmente à sua direção inicial não sofreu mudança em sua frequência.
"Os experimentos de difração e interferência da luz (1800–1803), em analogia com as ondas acústicas, corroboraram a natureza ondulatória da luz. Por outro lado, Einstein introduziu, em 1905, o conceito de fóton, em que cada componente monocromática de frequência f da radiação equivaleria a um sistema de partículas idênticas sem massa, cada qual com energia hf, sendo h≈6,626×10−34 J·s a constante de Planck. A hipótese da existência de fótons só teve ampla aceitação após os experimentos de Compton, em 1922, sobre o espalhamento de raios X por alvos de elementos leves, como o grafite." (Adaptado de F. Caruso e V. Oguri, RBEF, 2021.) De acordo com o texto e seus conhecimentos, é correto afirmar:
A)A
radiação
eletromagnética
apresenta
somente
comportamento ondulatório.
B)Os experimentos de Compton mostraram que feixes de
raios X exibem comportamento corpuscular.
C)A energia de um fóton independe de seu comprimento de
onda.
D)A hipótese da natureza corpuscular da radiação está em
desacordo com os resultados experimentais.
E)Einstein demonstrou que os experimentos de difração e
interferência da luz deveriam estar incorretos.
Nas embalagens de lâmpadas de LED indica-se uma "temperatura de cor" (em kelvin), correspondente à tonalidade da luz emitida — uma referência da cor predominante da radiação eletromagnética que um corpo emitiria termicamente a essa temperatura. A densidade ρ(λ) de energia eletromagnética irradiada é função do comprimento de onda λ. As curvas das alternativas mostram ρ(λ) dividida pelo seu valor máximo; o máximo de cada curva corresponde ao comprimento de onda λmax predominante. Assinale a alternativa cujo gráfico melhor corresponde à situação em que a cor predominante da luz irradiada é amarela.
Note e adote: velocidade da luz no vácuo =3×108 m/s. Frequências aproximadas — vermelha: 4,4×1014 Hz; amarela: 5,0×1014 Hz; verde: 6,0×1014 Hz; azul: 6,3×1014 Hz; violeta: 7,5×1014 Hz.
Alguns equipamentos de visão noturna têm seu funcionamento baseado no efeito fotoelétrico, uma das primeiras descobertas que contribuíram para o surgimento da mecânica quântica. Nesses equipamentos, fótons de frequência f emitidos por um objeto incidem sobre uma superfície metálica. Elétrons são então liberados da superfície e acelerados por um campo elétrico. Em seguida, o sinal eletrônico é amplificado e produz uma imagem do objeto.
Diferentemente do que a física clássica prevê, apenas os elétrons com energia hf acima de uma certa energia mínima E0 são liberados da superfície metálica.
Considerando a incidência de fótons com frequência da ordem de 1014 Hz, a ordem de grandeza do valor limite de E0 para que o equipamento funcione deve ser:
A)10−50 J
B)10−40 J
C)10−30J
D)10−20J
E)10−10J
Note e adote: Constante de Planck: h = 6,63 × 10 −34J.s
A energia irradiada pelo Sol provém da conversão de massa em energia durante reações de fusão de núcleos de hidrogênio para produzir núcleos de hélio. Atualmente, essas reações permitem ao Sol emitir radiação luminosa a uma potência de aproximadamente 4×1026 W. Supondo que essa potência tenha sido mantida desde o nascimento do Sol, cerca de 5×109 anos atrás, a massa correspondente àquela perdida pelo Sol até hoje é mais próxima de
Note e adote: velocidade da luz no vácuo =3×108 m/s; considere que um ano tem cerca de 3×107 s.
A figura foi obtida em uma câmara de nuvens, equipamento que registra trajetórias deixadas por partículas eletricamente carregadas. Na figura, são mostradas as trajetórias dos produtos do decaimento de um isótopo do hélio (26He) em repouso — um elétron (e−) e um isótopo de lítio (36Li) —, bem como suas respectivas quantidades de movimento linear, no instante do decaimento, representadas, em escala, pelas setas. Uma terceira partícula, denominada antineutrino (νˉ, carga zero), é também produzida nesse processo:
26He→36Li+e−+νˉ
O vetor que melhor representa a direção e o sentido da quantidade de movimento do antineutrino é:
Reatores nucleares não são exclusivamente criações humanas. No período pré-cambriano, funcionou na região de Oklo, África, durante centenas de milhares de anos, um reator nuclear natural, tendo como combustível um isótopo do urânio. Para que tal reator pudesse funcionar, seria necessário que a razão entre a quantidade do isótopo físsil (235U) e a do urânio 238U fosse cerca de 3%. Esse é o enriquecimento utilizado na maioria dos reatores nucleares, refrigerados à água, desenvolvidos pelo homem. O 235U decai mais rapidamente que o 238U; na Terra, atualmente, a fração do isótopo 235U, em relação ao 238U, é cerca de 0,7%. Com base nessas informações e nos dados fornecidos, pode-se estimar que o reator natural tenha estado em operação há
(Note e adote: M(t)=M(0)⋅10−λt; M(t) é a massa de um isótopo radioativo no instante t; λ descreve a probabilidade de desintegração por unidade de tempo. Para o 238U, λ238=7×10−11ano−1. Para o 235U, λ235=4,0×10−10ano−1. log10(0,23)=−0,64.)
Na estratosfera, há um ciclo constante de criação e destruição do ozônio. A equação que representa a destruição do ozônio pela ação da luz ultravioleta solar (UV) é O3UVO2+O. O gráfico representa a energia potencial de ligação entre um dos átomos de oxigênio que constitui a molécula de O3 e os outros dois, como função da distância de separação r. A frequência dos fótons da luz ultravioleta que corresponde à energia de quebra de uma ligação da molécula de ozônio, para formar uma molécula de O2 e um átomo de oxigênio, é, aproximadamente,
(Note e adote: E=hf; E é a energia do fóton; f é a frequência da luz; constante de Planck, h=6×10−34J⋅s.)
O elétron e sua antipartícula, o pósitron, possuem massas iguais e cargas opostas. Em uma reação em que o elétron e o pósitron, em repouso, se aniquilam, dois fótons de mesma energia são emitidos em sentidos opostos. A energia de cada fóton produzido é, em MeV, aproximadamente (relação de Einstein E=mc2; massa do elétron m=9×10−31 kg; c=3×108 m/s; 1 eV =1,6×10−19 J; 1 MeV =106 eV)
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