Questões de Física - Teoria Quântica para Concurso

Analise as afirmações a seguir sobre a física quântica:

I. Assim como os fótons, elétrons também podem se comportar como ondas formando figuras de interferência em fenda dupla.
II. Assim como os elétrons, fótons possuem momento linear, podendo colidir com partículas, gerando espalhamento.
III. No efeito fotoelétrico, a função trabalho de um material corresponde à energia mínima do fóton capaz de retirar elétrons desse material.
IV. Se a energia de um fóton é de 8 eV, são necessários, pelo menos, 2 desses fótons para ocorrer o efeito fotoelétrico num material de função trabalho igual a 16 eV.
V. Um elétron de energia cinética menor que o valor da altura de uma barreira de potencial, colocada em sua trajetória, possui mais chances de atravessar por Efeito Túnel quanto menor for a largura dessa barreira.

São VERDADEIRAS apenas as afirmativas:

Considere um elétron não relativístico, confinado num poço de potencial infinito unidimensional, de largura L. Seus estados estacionários são análogos ao de ondas estacionárias em uma corda de comprimento finito L e presa nas duas extremidades. Por consequência, as ondas estacionárias na corda obedecem à equação L = nλ/2 (para n = 1, 2, 3, ...). Assim, podemos escrever a função do deslocamento transversal de um ponto x dessa corda como y_n(x) = A.sen(nπx/L) (para n = 1, 2, 3, ...). Resolvendo a equação de Schrödinger para esse elétron, é possível mostrar que a função acima resulta na função de onda desse elétron. Normalizando a função de onda, também é possível relacionar A e L. Dividindo o poço em 5 partes iguais, pode-se calcular a probabilidade de encontrar esse elétron mais distante do centro, ou mais próximo do centro da largura do poço. Qual é a razão entre essas probabilidades (a mais distante relativa à central) para um mesmo estado n = 5 do elétron?

Uma partícula de massa 2,21 × 10^–31 kg move-se com uma velocidade de 3 × 10² m/s. Considerando que a constante de Planck vale 6,63 × 10^–34 J.s, assinale a alternativa que apresenta o comprimento de onda de de Broglie para essa partícula.

Ao final do século XIX, a Física Clássica mostrou-se insuficiente em descrever quantitativamente e qualitativamente alguns fenômenos. Isto motivou a busca por novas teorias, proporcionando o surgimento, por exemplo, da Mecânica Quântica. Neste contexto, analise as afirmativas, identificando com “V” as VERDADEIRAS e com “F” as FALSAS, assinalando, a seguir, a alternativa CORRETA, na sequência de cima para baixo:

( ) A lei de Wein estabelece que para cada temperatura existe um comprimento de onda para o qual a intensidade da radiação emitida é máxima. Ela fornece resultados compatíveis com o espectro de emissão de radiação de corpo negro na região de pequenos comprimentos de onda.

( ) O resultado que ficou conhecido como catástrofe ultravioleta refere-se à equação de Rayleigh, que concordava com o espectro de emissão de radiação de corpo negro para frequências maiores, enquanto que para as frequências menores tendia ao infinito.

( ) A catástrofe ultravioleta somente foi solucionada pelo físico teórico Max Planck através de seu postulado de quantização de energia: “Um oscilador de frequência ν só poderia emitir ou absorver energia em múltiplos inteiros de um ‘quantum de energia’.”

( ) Na teoria de Planck a quantidade mínima de energia emitida, chamada de quantum, é dada por hν, onde ν é a frequência de radiação e h é uma nova constante universal, a constante de Planck.

( ) Os “pacotes de energia” podem assumir valores dados por E = nhν, onde ν é a frequência de radiação, h é a constante de Planck e n é um número inteiro positivo par (0,2,4,6,...).

A natureza quântica da radiação eletromagnética observada na radiação de corpo negro (teoria de Planck – 1900), no efeito fotoelétrico (teoria de Einstein – 1905) e no espalhamento Compton (teoria de Compton – 1923), entre outros, influenciou o estudo dos primeiros modelos quânticos dos átomos (teorias de Rutherford – 1911 e Bohr – 1913) e foi o início para o avanço da física quântica. Em relação aos conceitos da física quântica, assinale a alternativa correta.