Questões de Física - Física moderna
O efeito fotoelétrico foi observado pela primeira vez pelo físico alemão Heinrich Hertz em 1887. Hertz observou que, quando certas frequências de luz iluminavam uma placa metálica, elétrons excitados, denominados fotoelétrons, deixavam o metal. Posteriormente, esse efeito foi explicado por Albert Einstein quando introduziu o conceito de fóton.
Durante um experimento, um professor demonstrou o efeito fotoelétrico iluminando diferentes placas metálicas com radiação infravermelha (E = 1,38 eV) e radiação ultravioleta (E = 4,13 eV).
A tabela a seguir apresenta a função trabalho (f) dos materiais utilizados.
Como resultado, quando as placas foram iluminadas com radiação infravermelha, o fenômeno _________ observado nesses materiais. Quando as placas foram iluminadas com radiação ultravioleta, o fenômeno não foi observado para _________, enquanto a máxima energia cinética dos fotoelétrons foi observada para _________.
A partir de proposições de físicos como Albert Einstein e Max Planck, os horizontes da Física Clássica foram ampliados, dando início à Física Moderna. Esse campo de estudo trouxe expressivas modificações no entendimento científico em relação à noção de espaço, tempo, medida, causalidade, simultaneidade, trajetória e localidade.
A Física Moderna apresentou concepções que proporcionaram uma revolução no conhecimento científico. Ela trouxe contribuições importantes para o desenvolvimento da eletrônica, das telecomunicações, da medicina, dentre outras áreas. (A PARTIR, 2021).
De acordo com os conceitos da Física Moderna, marque V para as afirmativas verdadeiras e F, para as falsas.
( ) Todos os fenômenos luminosos só podem ser explicados pela teoria corpuscular da luz.
( ) O quantum de energia é sempre o mesmo para qualquer que seja a frequência da radiação eletromagnética.
( ) A intensidade de um feixe de luz varia de acordo com o número de fótons transportados por unidade de tempo.
( ) Os fótons não se conservam em número, sendo facilmente criados e destruídos.
( ) As células fotoelétricas funcionam, porque a luz, ao incidir sobre um metal, pode arrancar elétrons dele.
A alternativa que indica a sequência correta, de cima para baixo, é
O espectro de raios X é composto por duas partes. A primeira, referente ao espectro contínuo, é advinda do efeito breamsstrahlung, e a segunda referente ao espectro característico do alvo (ânodo). No efeito breamsstrahlung temos que um elétron colide com um átomo do ânodo e a diferença da energia cinética antes e após a colisão é igual à energia de um fóton de raio X emitido. Considere que a energia cinética inicial de um elétron é 40.000 eV e que sua energia após a colisão seja 20.000 eV . Considere que a constante de Planck seja aproximadamente 4,0 X 10-15 eV.
A frequência da radiação X emitida neste processo, em Hertz, é
Quando uma superfície metálica é exposta à radiação eletromagnética com frequência suficientemente alta, ocorre a emissão de elétrons, fenômeno conhecido como efeito fotoelétrico. A energia mínima necessária para remover um elétron dessa superfície metálica é chamada função trabalho (Φ) do metal.
Considere que um veículo espacial esteja em órbita ao redor da Terra e que, devido ao efeito fotoelétrico causado pela luz solar, tenha acumulado cargas elétricas em sua superfície.
Sabendo que o casco desse veículo é revestido por Níquel, cuja função trabalho é ΦNi = 8 × 10–19 J, e adotando o valor h = 6,6 × 10–34 J · s para a constante de Planck, a menor frequência do espectro solar capaz de fazer com que o casco desse veículo espacial emita fotoelétrons é, aproximadamente,
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:
Note e adote:
Constante de Planck: h = 6,63 × 10−34J.s
A Física desenvolvida a partir do século XX normalmente é chamada de Física Moderna, a qual permite explicar fenômenos da natureza que ocorrem a nível atômico e a altas velocidades. As proposições de Albert Einstein, Max Planck e Louis De Broglie foram fundamentais para o início do desenvolvimento da Física Moderna.
Sobre os aportes desses cientistas à Física Moderna, é correto afirmar que: