Questões de Concurso Sobre teoria quântica em física

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.

Tendo como tema o ensaio destrutivo e não destrutivo em materiais, analise as afirmativas abaixo e dê valores Verdadeiro (V) ou Falso (F).

(  ) O ensaio CHARPY é utilizado para medir a energia de impacto.
(  ) O ensaio IZOD é utilizado para medir a tenacidade ao entalhe.
(  ) O corpo de prova do ensaio CHARPY tem o formato de uma barra cilíndrica com perfurações espaçadas e não concêntricas.

Assinale a alternativa que apresenta a sequência correta de cima para baixo. 

Sabendo que a função trabalho para o efeito fotoelétrico de uma superfície de prata é 6,9 × 10 ⁻¹⁹ J e que a constante de Planck é igual a 6,3 × 10 ⁻³⁴ J . s, quando uma radiação ultravioleta de frequência 2,0 × 10 ¹⁵ Hz incide sobre uma superfície de prata, causando a emissão de um elétron, a máxima energia cinética que esse elétron pode ter é

Um computador quântico funciona usando princípios quânticos. Os princípios quânticos requerem um novo dicionário de termos para serem totalmente compreendidos. A perda do estado quântico em um bit quântico é o conceito de 

Sobre a espectroscopia rotacional, assinale a alternativa INCORRETA.

Sobre as vibrações moleculares, assinale a alternativa INCORRETA.

Em relação aos espectros de infravermelho, assinale a alternativa INCORRETA.

Considere um feixe de luz linearmente polarizada com uma densidade de energia por unidade de área de 1000 W/m². Esse feixe de luz oscila a um ângulo de +20º em relação à vertical nos quadrantes 1 e 3 (considerando o círculo trigonométrico). Durante sua propagação, esse feixe de luz encontra dois polarizadores lineares ideais em sequência. O primeiro polarizador tem seu eixo de transmissão desviado a -25º em relação à vertical nos quadrantes 2 e 4, enquanto o segundo polarizador está posicionado a +35º em relação à vertical nos quadrantes 1 e 3. 

(Se necessário use: cos5º = 0,996, cos10º = 0,985, cos15º = 0,966, cos20º = 0,940, cos25º = 0,906, cos35º = 0,819, cos45º  cos55º = 0,574, cos60º  cos80º = 0,174)

Qual é a intensidade da luz que emerge do segundo polarizador? 

O entendimento do efeito fotoelétrico, no início do século XX, desempenhou um papel crucial no desenvolvimento da teoria quântica e gerou avanços na compreensão da natureza elétrica da matéria.
O princípio fundamental do efeito fotoelétrico consiste na 

Qual o número máximo de elétrons que podem ser acomodados no subnível l=2? 

Considerando-se as partículas elementares, qual alternativa está correta? 

De Broglie postulou em 1924 que todas as partículas apresentam um comportamento ondulatório associado a um comprimento de onda, conhecido como o comprimento de onda de De Broglie, o qual é proporcional à massa e velocidade da partícula. Esse fenômeno foi experimentalmente confirmado por Davisson-Germer, em 1927, ao observarem a difração de elétrons ao atravessarem uma fina camada de níquel, cuja distância intermolecular é de 0,254 nm. Em nosso universo cotidiano, objetos macroscópicos não exibem comportamento de difração, pois seus comprimentos de onda de De Broglie são extremamente pequenos para situações do dia a dia. Vamos supor que estejamos em um universo fictício no qual a constante de Planck possui um valor diferente, denotada por h ′ = 1,25 × 10⁻¹⁷ J ∙ s. Nesse universo fictício, um objeto de massa m = 90 mg e velocidade v = 0,55 mm/s difrataria ao atravessar uma fina camada de níquel?

Em 1923, Arthur Holly Compton conduziu uma série de experimentos para investigar o fenômeno de espalhamento dos Raios-X por elétrons em um determinado alvo. Durante os experimentos, ele observou um comportamento intrigante: ao incidir uma onda eletromagnética sobre o alvo, os fótons colidiam com os elétrons e sofriam uma redução em sua energia. Considere um fóton com uma frequência de 3 x 10¹⁸ Hz, que colide elasticamente com um elétron inicialmente em repouso, conforme mostrado na Figura 4 abaixo:


Com base nessas informações, utilizando ângulo de espalhamento  = 90°, constante de Planck h = 6,6 × 10⁻³⁴ m²kg/s, velocidade da luz c = 3 × 10⁸ m/s e a massa do elétron m_e = 9,1 × 10⁻³¹ kg e, qual é o valor aproximado do comprimento de onda do fóton espalhado?

A datação por carbono-14 é uma técnica amplamente utilizada para estimar a idade de materiais orgânicos antigos. No entanto, existem certas recomendações e limitações que devem ser consideradas ao aplicar essa técnica. Suponha que um pesquisador esteja analisando uma amostra óssea de animal antigo. Ao realizar a datação por carbono-14, o pesquisador obtém uma idade radiocarbônica de 50.000 anos para a amostra. Contudo, o pesquisador acredita se tratar de um erro, visto seu conhecimento sobre as limitações da técnica. Assinale a alternativa que descreve corretamente essa limitação e a razão pela qual ela pode afetar a precisão da datação. 

O efeito fotoelétrico é um fenômeno no qual a luz incidindo em um material pode arrancar elétrons desse material. O estudo do efeito fotoelétrico por Albert Einstein, em 1905, foi fundamental para o desenvolvimento da teoria quântica da luz e lhe rendeu o Prêmio Nobel de Física em 1921. Durante o efeito fotoelétrico, a energia dos fótons incidentes pode ser transferida para os elétrons do material. Se a energia dos fótons, que depende da ______ da luz, for suficiente para superar a energia de ______, os elétrons serão liberados do material. Já a quantidade de fotoelétrons emitidos depende da _______ da luz incidente e da _______ do material. O local de onde os fotoelétrons são arrancados depende do tipo de material utilizado. Em metais, os fotoelétrons são arrancados, em geral, da _______ do material. Já em semicondutores, os fotoelétrons são arrancados da banda de _______.

Assinale a alternativa que preenche, correta e respectivamente, as lacunas do trecho acima.