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Questões resolvidas

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**Explicação:** A energia cinética adquirida por um elétron é dada por \( K = eV \), onde 
\( e \approx 1.6 \times 10^{-19} \, \text{C} \) e \( V = 50 \, \text{V} \). Assim, \( K = 1.6 \times 
10^{-19} \times 50 = 8.0 \times 10^{-18} \, \text{J} \). 
 
26. Um sistema quântico possui dois estados de energia \( E_1 = 1 \, \text{eV} \) e \( E_2 = 4 
\, \text{eV} \). Qual é a energia média do sistema? 
 a) \( 2.5 \, \text{eV} \) 
 b) \( 3 \, \text{eV} \) 
 c) \( 2 \, \text{eV} \) 
 d) \( 4.5 \, \text{eV} \) 
 **Resposta:** a) \( 2.5 \, \text{eV} \) 
 **Explicação:** A energia média é dada por \( \langle E \rangle = \frac{E_1 + E_2}{2} = 
\frac{1 + 4}{2} = 2.5 \, \text{eV} \). 
 
27. Um elétron em um poço de potencial infinito de largura \( L = 2 \, \text{nm} \) está no 
estado fundamental. Qual é a sua energia? 
 a) \( 6.02 \, \text{eV} \) 
 b) \( 10.2 \, \text{eV} \) 
 c) \( 3.1 \, \text{eV} \) 
 d) \( 15.6 \, \text{eV} \) 
 **Resposta:** a) \( 6.02 \, \text{eV} \) 
 **Explicação:** A energia do estado fundamental em um poço de potencial infinito é 
dada por \( E_1 = \frac{h^2}{8mL^2} \). Substituindo \( h \) e \( L = 2 \times 10^{-9} \, 
\text{m} \), obtemos \( E_1 \approx 6.02 \, \text{eV} \). 
 
28. Um sistema quântico é descrito pela função de onda \( \psi(x) = C \sin\left(\frac{n\pi 
x}{L}\right) \). Qual é a condição para que \( \psi \) seja normalizada? 
 a) \( C = \frac{1}{\sqrt{L}} \) 
 b) \( C = \frac{1}{\sqrt{2L}} \) 
 c) \( C = \frac{1}{\sqrt{L/2}} \) 
 d) \( C = 1 \) 
 **Resposta:** b) \( C = \frac{1}{\sqrt{2L}} \) 
 **Explicação:** Para normalização, \( \int_0^L |\psi(x)|^2 \, dx = 1 \). Isso leva a \( C^2 
\frac{L}{2} = 1 \), resultando em \( C = \frac{1}{\sqrt{2L}} \). 
 
29. Qual é a energia de um nível excitado \( n = 3 \) em um átomo de hidrogênio? 
 a) \( -1.51 \, \text{eV} \) 
 b) \( -3.40 \, \text{eV} \) 
 c) \( -13.6 \, \text{eV} \) 
 d) \( -0.85 \, \text{eV} \) 
 **Resposta:** a) \( -1.51 \, \text{eV} \) 
 **Explicação:** A energia de um nível em um átomo de hidrogênio é dada por \( E_n = -
\frac{13.6 \, \text{eV}}{n^2} \). Para \( n = 3 \), temos \( E_3 = -\frac{13.6}{9} \approx -1.51 \, 
\text{eV} \). 
 
30. Um sistema quântico possui uma função de onda \( \psi(x) = A e^{-x^2} \). Qual é a 
condição para que \( \psi \) seja normalizada? 
 a) \( A = \frac{1}{\sqrt{\sqrt{\pi}}} \) 
 b) \( A = \frac{1}{\sqrt{2}} \) 
 c) \( A = \frac{1}{\sqrt{\pi}} \) 
 d) \( A = 1 \) 
 **Resposta:** c) \( A = \frac{1}{\sqrt{\pi}} \) 
 **Explicação:** A normalização requer que \( \int_{-\infty}^{\infty} |\psi(x)|^2 \, dx = 1 \). 
Calculando, obtemos \( A^2 \int_{-\infty}^{\infty} e^{-2x^2} \, dx = A^2 \frac{\sqrt{\pi}}{2} = 1 
\), resultando em \( A = \frac{1}{\sqrt{\pi}} \). 
 
31. Um elétron em um poço de potencial infinito tem uma energia total de \( 10 \, \text{eV} 
\). Qual é a sua energia cinética? 
 a) \( 5 \, \text{eV} \) 
 b) \( 10 \, \text{eV} \) 
 c) \( 15 \, \text{eV} \) 
 d) \( 0 \, \text{eV} \) 
 **Resposta:** a) \( 5 \, \text{eV} \) 
 **Explicação:** A energia cinética é dada por \( K = E_{total} - V \). Portanto, se \( V = -5 \, 
\text{eV} \), temos \( K = 10 \, \text{eV} - (-5 \, \text{eV}) = 15 \, \text{eV} \). 
 
32. Um sistema quântico é descrito pela função de onda \( \psi(x) = A \sin\left(\frac{n\pi 
x}{L}\right) \). Qual é a condição para que \( \psi \) seja normalizada? 
 a) \( A = \frac{1}{\sqrt{L}} \) 
 b) \( A = \frac{1}{\sqrt{2L}} \) 
 c) \( A = \frac{1}{\sqrt{L/2}} \) 
 d) \( A = 1 \) 
 **Resposta:** b) \( A = \frac{1}{\sqrt{2L}} \) 
 **Explicação:** Para normalização, \( \int_0^L |\psi(x)|^2 \, dx = 1 \). Isso leva a \( C^2 
\frac{L}{2} = 1 \), resultando em \( C = \frac{1}{\sqrt{2L}} \). 
 
33. Um elétron é acelerado por uma diferença de potencial de \( 100 \, \text{V} \). Qual é a 
sua energia cinética em joules? 
 a) \( 1.6 \times 10^{-17} \, \text{J} \) 
 b) \( 1.6 \times 10^{-19} \, \text{J} \) 
 c) \( 2.56 \times 10^{-17} \, \text{J} \) 
 d) \( 3.2 \times 10^{-19} \, \text{J} \) 
 **Resposta:** a) \( 1.6 \times 10^{-17} \, \text{J} \) 
 **Explicação:** A energia cinética adquirida por um elétron é dada por \( K = eV \), onde 
\( e \approx 1.6 \times 10^{-19} \, \text{C} \). Assim, \( K = 1.6 \times 10^{-19} \times 100 = 
1.6 \times 10^{-17} \, \text{J} \). 
 
34. Um sistema quântico possui uma função de onda \( \psi(x) = A e^{-x^2} \). Qual é a 
condição para que \( \psi \) seja normalizada? 
 a) \( A = \frac{1}{\sqrt{\sqrt{\pi}}} \) 
 b) \( A = \frac{1}{\sqrt{2}} \) 
 c) \( A = \frac{1}{\sqrt{\pi}} \) 
 d) \( A = 1 \) 
 **Resposta:** c) \( A = \frac{1}{\sqrt{\pi}} \) 
 **Explicação:** A normalização requer que \( \int_{-\infty}^{\infty} |\psi(x)|^2 \, dx = 1 \). 
Calculando, obtemos \( A^2 \int_{-\infty}^{\infty} e^{-2x^2} \, dx = A^2 \frac{\sqrt{\pi}}{2} = 1 
\), resultando em \( A = \frac{1}{\sqrt{\pi}} \). 
 
35. Um elétron em um poço de potencial infinito tem uma energia total de \( 12 \, \text{eV} 
\). Qual é a sua energia cinética? 
 a) \( 4 \, \text{eV} \) 
 b) \( 20 \, \text{eV} \)

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