PROBLEMAS RESOLVIDOS /

FÍSICA MODERNA / UFRGS 2000

Questão 28

Assinale a alternativa que preenche corretamente a lacuna do parágrafo abaixo.

O ano de 1900 pode ser considerado o marco inicial de uma revolução ocorrida na Física do século XX. Naquele ano, Max Planck apresentou um artigo à Sociedade Alemã de Física, introduzindo a idéia da .......... da energia, da qual Einstein se valeu para, em 1905, desenvolver sua teoria sobre o efeito fotoelétrico.


(A) conservação
(B) quantização
(C) transformação
(D) conversão
(E) propagação

 

Resolução:

Alternativa (B)

Max Planck produziu esta lei em 1900 e a publicou em 1901, na tentativa de melhorar a expressão proposta por da Lei de Wien que adequou dados experimentais para comprimentos de onda curtos desviados para comprimentos de onda maiores.

 

A lei de Wien (ou lei do deslocamento de Wien) é a lei da física que afirma que existe um relação inversa entre o comprimento de onda que produz um pico de emissão de um corpo negro e a sua temperatura.

 

 

 

\( \lambda_{max} = \frac{b}{T} \)

 

onde

 

\( \lambda_{max} \ \), é o comprimento de onda que gera o pico em metros,

 

\( T \ \) , é a temperatura do corpo negro em kelvin (K), e

\( b \ \) , é a constante de proporcionalidade, chamada constante de dispersão de Wien, em kelvin-metros.

 

 

 

Ele estabeleceu que a Lei de Planck adequava-se para todos os comprimentos de onda extraordinariamente bem. Ao deduzir esta lei, ele considerou a possibilidade da distribuição de energia eletromagnética sobre os diferentes modos de oscilação de carga na matéria. A Lei de Planck nasceu quando ele assumiu que a energia destas oscilações foi limitada para múltiplos inteiros da energia fundamental E, proporcional a frequência de oscilação f:

 

 

\( E=hf \)

 

Planck assumiu a essa quantização, cinco anos depois de Albert Einstein ter sugerido a existência de fótons como um meio de explicar o efeito fotoelétrico. Planck acreditava que a quantização aplicava-se apenas a pequenas oscilações em paredes com cavidades (que hoje conhecemos como átomos), e não assumindo as propriedades de propagação da Luz em pacotes discretos de energia. Além disto, Planck não atribuiu nenhum significado físico a esta suposição, mas não acreditava que fosse apenas um resultado matemático que possibilitou uma expressão para o espetro emitido pelo corpo negro a partir de dados experimentais dos comprimentos de onda. Com isto Planck pôde resolver o problema da catástrofe do ultravioleta encontrada por Rayleigh e Jeans que fazia a radiança tender ao infinito quando o comprimento de onda aproximava-se de zero, o que experimentalmente não é observado. É importante observar também que para a região do visível a fórmula de de Planck pode ser aplicada pela aproximação de Wien e da mesma forma para temperaturas maiores e maiores comprimentos de onda podemos ter também a aproximação dada por Rayleigh e Jeans.

 

 


 

Questão 29

Os raios X são produzidos em tubos de vácuo, nos quais elétrons são submetidos a uma rápida desaceleração ao colidir contra um alvo metálico. Os raios X consistem em um feixe de

 

(A) elétrons.
(B) fótons.
(C) prótons.
(D) nêutrons.
(E) pósitrons.

 

Resolução:

Alternativa (B)

 

RAIOS X (RADIAÇÃO RÖNTGEN)

São radiações eletromagnéticas com um comprimento de onda muito curto, aproximadamente de 0,06 até 20 Å . Formam-se com a travagem (choque) do fluxo de elétrons rápidos numa substância . Desta forma pode surgir um espetro denso de radiação de raios röntgen, dos mais curtos aos mais longos, ainda que a maior parte dos raios emitidos tenha um comprimento de onda tanto mais curto quanto maior for a energia (velocidade) dos elétrons que a bombardeiam.

Nestes casos em que a energia dos elétrons é tão grande que obriga a passar de uma órbita para a outra os elétrons da matéria situados nos mais «profundos» invólucros eletrônicas internos dos átomos, emite -se a assim chamada radiação característica, cujo espetro não é contínuo, mas de riscas. Esta particularidade permite, com base no espetro de raios rö ntgen emitidos por uma substância quando radiado por um fluxo de elétrons rápidos, determinar as suas propriedades físicas e os detalhes da sua estrutura.

Os raios X ,podem refratar-se, sofrer difração e interferência, mas apenas nas substâncias em que as distâncias entre os átomos são aproximadamente iguais ao comprimento dos raios röntgen usados, isto é fundamentalmente nos cristais.

 

 


 

Questão 30

Assinale a alternativa que preenche corretamente a lacuna do parágrafo abaixo.

O Sol é a grande fonte de energia para toda a vida na Terra. Durante muito tempo, a origem da energia irradiada pelo Sol foi um mistério para a humanidade. Hoje, as modernas teorias de evolução das estrelas nos dizem que a energia irradiada pelo Sol provém de processos de .......... que ocorrem no seu interior, envolvendo núcleos de elementos leves.

 

(A) espalhamento
(B) fusão nuclear
(C) fissão nuclear
(D) fotossíntese
(E) combustão

 

 

Resolução:

Alternativa (B)

FUSÃO NUCLEAR

É o processo no qual dois ou mais núcleos atómicos se juntam e formam um outro núcleo de maior número atômico.

A fusão nuclear requer muita energia para acontecer, e geralmente liberta muito mais energia que consome.

Quando ocorre com elementos mais leves que o ferro e o níquel (que possuem as maiores forças de coesão nuclear de todos os átomos, sendo portanto mais estáveis) ela geralmente liberta energia, e com elementos mais pesados ela consome.

Até hoje início do século XXI, o ser humano ainda não conseguiu encontrar uma forma de controlar a fusão nuclear como acontece com a fissão.

O principal tipo de fusão que ocorre no interior das estrelas é o de Hidrogênio em Hélio, onde dois prótons se fundem em uma partícula alfa (um núcleo de hélio), liberando dois pósitrons, dois neutrinos e energia. Mas dentro desse processo ocorrem várias reações individuais, que variam de acordo com a massa da estrela.

Utilizando a equação E=mc², pode-se calcular a energia liberada, oriunda da diferença de massa. Uma vez que o valor de c é muito grande , mesmo uma massa muito pequena corresponde a uma enorme quantidade de energia. É este fato que levou muitos engenheiros e cientistas a iniciar projetos para o desenvolvimento de reatores de fusão (Tokamaks) para gerar eletricidade (por exemplo, a fusão de poucos cm³ de deutério, um isótopo de hidrogênio, produziria uma energia equivalente àquela produzida pela queima de 20 toneladas de carvão).

 

Fusão Nuclear

 


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