FÍSICA 6-19

Prévia do material em texto

FÍ
SI
C
A
73Editora Bernoulli
Radiação de corpo negro e quantização da energia
Considerando o experimento realizado, pode-se afirmar 
que a(s)
A) cargas elétricas aceleradas entre as esferas do 
emissor produziam campos elétricos e magnéticos 
independentes do tempo que induziam correntes 
elétricas nos condutores do receptor, provocando uma 
descarga elétrica entre a pequena esfera e o parafuso.
B) ondas eletromagnéticas eram produzidas por uma 
corrente contínua entre as esferas do emissor.
C) corrente elétrica que se estabelecia, entre a pequena 
esfera e o parafuso do receptor, não variava com o tempo.
D) ondas eletromagnéticas produzidas pelas cargas 
aceleradas no emissor induziam correntes elétricas 
variáveis no receptor com as mesmas frequências 
com que foram emitidas.
E) ondas eletromagnéticas produzidas pelas cargas 
aceleradas no emissor induziam correntes elétricas 
variáveis no receptor, porém com frequências muito 
maiores com que foram emitidas.
12. (UFRGS) 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.
13. (UFMS–2007) A área médica faz grande uso das radiações 
ionizantes para tratamento de tumores. Dependendo 
da conduta de tratamento desses tumores, utilizam-se 
radiações de naturezas e energias diferentes como raios X 
e raios gama. Com relação a essas radiações, é CORRETO 
afirmar:
01. Os raios X podem ser produzidos por colisão de 
elétrons em um alvo.
02. A radiação gama é uma radiação eletromagnética 
proveniente do núcleo do átomo.
04. Os raios X são uma radiação eletromagnética 
proveniente das transições dos elétrons entre as 
camadas eletrônicas do átomo.
08. Os raios X são uma radiação eletromagnética menos 
energética que a radiação ultravioleta.
16. Os raios X são emitidos somente quando o núcleo do 
átomo que lhe deu origem estiver instável.
Soma ( )
14. (UFG–2006) Uma fonte luminosa puntiforme de 157 W 
emite luz de comprimento de onda 660 nm. A luz é emitida 
em todas as direções, formando frentes de onda esféricas 
com centro na fonte. CALCULE o número de fótons que 
atravessam, em 1 segundo, uma superfície de área igual 
a 1 cm2, localizada a 1 metro da fonte.
Dados: h = 6,6 x 10–34 J.s;
 c = 3,0 x 108 m/s;
 π = 3,14.
15. (UFMG / Adaptado) Em um tipo de tubo de raios X, 
elétrons acelerados por uma diferença de potencial de 
2,0 x 104 V atingem um alvo de metal, onde são 
violentamente desacelerados. Ao atingir o metal, toda a 
energia cinética dos elétrons é transformada em raios X.
A) CALCULE a energia cinética que um elétron adquire 
ao ser acelerado pela diferença de potencial.
B) CALCULE o menor comprimento de onda possível 
(λmín) para os raios X produzidos por esse tubo.
C) EXPLIQUE por que ocorre emissão de raios X com 
comprimentos de ondas variáveis de λmín até λ → ∞.
SEÇÃO ENEM
01. (Enem–2010) Ao contrário dos rádios comuns (AM ou FM), 
em que uma única antena transmissora é capaz 
de alcançar toda a cidade, os celulares necessitam 
de várias antenas para cobrir um vasto território. No caso 
dos rádios FM, a frequência de transmissão está na faixa 
dos MHz (ondas de rádio), enquanto, para os celulares, 
a frequência está na casa dos GHz (micro-ondas). Quando 
comparado aos rádios comuns, o alcance de um celular 
é muito menor.
Considerando-se as informações do texto, o fator que 
possibilita essa diferença entre a propagação das ondas 
de rádio e as de micro-ondas é que as ondas de rádio são
A) facilmente absorvidas na camada da atmosfera 
superior conhecida como ionosfera.
B) capazes de contornar uma diversidade de obstáculos 
como árvores, edifícios e pequenas elevações.
C) mais refratadas pela atmosfera terrestre, que 
apresenta maior índice de refração para as ondas 
de rádio.
D) menos atenuadas por interferência, pois o número 
de aparelhos que utilizam ondas de rádio é menor.
E) constituídas por pequenos comprimentos de onda 
que lhes conferem um alto poder de penetração 
em materiais de baixa densidade.
74 Coleção Estudo
Frente D Módulo 16
02. (Enem–2009) O progresso da tecnologia introduziu 
diversos artefatos geradores de campos eletromagnéticos. 
Uma das mais empregadas invenções nessa área são os 
telefones celulares e smartphones. As tecnologias de 
transmissão de celular atualmente em uso no Brasil 
contemplam dois sistemas. O primeiro deles é operado 
entre as frequências de 800 MHz e 900 MHz e constitui 
os chamados sistemas TDMA/CDMA. Já a tecnologia GSM, 
ocupa a frequência de 1 800 MHz.
Considerando que a intensidade de transmissão e o nível 
de recepção “celular” sejam os mesmos para as tecnologias 
de transmissão TDMA/CDMA ou GSM, se um engenheiro 
tiver de escolher entre as duas tecnologias para obter a 
mesma cobertura, levando em consideração apenas o 
número de antenas em uma região, ele deverá escolher
A) a tecnologia GSM, pois é a que opera com ondas de 
maior comprimento de onda.
B) a tecnologia TDMA/CDMA, pois é a que apresenta 
efeito Doppler mais pronunciado.
C) a tecnologia GSM, pois é a que utiliza ondas que se 
propagam com maior velocidade.
D) qualquer uma das duas, pois as diferenças nas 
frequências são compensadas pelas diferenças nos 
comprimentos de onda.
E) qualquer uma das duas, pois nesse caso as 
intensidades decaem igualmente da mesma forma 
independentemente da frequência.
03. (Enem–2007) Explosões solares emitem radiações 
eletromagnéticas muito intensas e ejetam, para o espaço, 
partículas carregadas de alta energia, o que provoca 
efeitos danosos na Terra. O gráfico a seguir mostra o 
tempo transcorrido desde a primeira detecção de uma 
explosão solar até a chegada dos diferentes tipos de 
perturbação e seus respectivos efeitos na Terra.
Perturbação
Perturbação
Perturbação
Perturbação
Efeito: primeiras alterações 
na ionosfera
Efeito: Interferência de rádio
Efeito: alteração na 
ionosfera polar
Efeito: tempestade magnética
1 minuto
Plasma
solar
Partículas
de alta
energia
Ondas
de rádio
Raios X
Escala de tempo das pertubações solares e seus efeitos
Pe
rt
u
rb
aç
ão
10 minutos 1 hora 10 horas 1 dia 10 dias
Disponível em: (Adaptação).
Considerando-se o gráfico, é correto afirmar que a perturbação 
por ondas de rádio geradas em uma explosão solar
A) dura mais que uma tempestade magnética.
B) chega à Terra dez dias antes do plasma solar.
C) chega à Terra depois da perturbação por raios X.
D) tem duração maior que a da perturbação por raios X.
E) tem duração semelhante à da chegada à Terra de 
partículas de alta energia.
GABARITO
Fixação
01. D 
02. C 
03. C 
04. E 
05. C
Propostos
01. E 08. C
02. D 09. A
03. B 10. B
04. C 11. D
05. D 12. B
06. Soma = 78 13. Soma = 3
07. D 14. 4,2 x 1015 fótons
15. A) 3,2 x 10−15 J
 B) 6,2 x 10−11 m (Caso em que o elétron perde 
toda sua energia na primeira colisão interna).
 C) A maioria dos elétrons incidentes perde 
energia aos poucos, chegando ao repouso 
após múltiplas colisões. Em cada uma dessas 
colisões, a energia perdida corresponde a 
fótons de comprimentos de ondas específicos 
maiores que λmín, já que a energia dissipada é 
menor que a energia total do elétron. Assim, 
como a energia dissipada pode assumir 
valores baixíssimos, os comprimentos de 
onda podem variar de λmín até λ → ∞.
Seção Enem
01. B 02. E 03. D
FRENTE
75Editora Bernoulli
MÓDULOFÍSICA
Dualidade onda-partícula e 
efeito fotoelétrico
17 D
Max Planck, em 1900, explicou a distribuição de 
radiação eletromagnética emitida pelos corpos negros, 
supondo que os átomos desse corpo oscilassem apenas 
com determinados valores de energia, múltiplos de 
um valor elementar. Em outras palavras, a energia 
dos átomos seria quantizada. A princípio, o estudo dePlanck despertou pouco interesse, até que, em 1905, 
analisando um fenômeno que ficou conhecido como efeito 
fotoelétrico, Albert Einstein percebeu que a própria radiação 
eletromagnética é quantizada. Em sua teoria, Einstein 
acolheu a ideia de que a luz possuía um comportamento 
dual, ora agindo como onda, ora como partícula. Assim, 
uma minúscula entidade desprovida de massa era a 
portadora da energia elementar da luz e de todas as outras 
radiações eletromagnéticas, tendo sido chamada de fóton. 
Em 1913, Niels Bohr usou o fóton para explicar os espectros 
descontínuos do gás hidrogênio. O que se assistiu nos anos 
seguintes foi a um espetacular avanço da Física Quântica e 
a uma compreensão, cada vez maior, do mundo atômico.
Neste módulo, estudaremos o efeito fotoelétrico, 
o comportamento dual da luz e os espectros descontínuos 
dos gases. Veremos que a teoria de Einstein para o 
efeito fotoelétrico vai muito além da simples explicação 
desse fenômeno. Ao mostrar que a energia luminosa é 
quantizada, e que o fóton deve ser visto como uma onda-
partícula, Einstein criou uma agenda de trabalho entre os 
físicos, que, paulatinamente, elucidaram e previram vários 
comportamentos dos átomos. A Física Quântica tornou-se 
a base para o estudo do núcleo atômico e das moléculas, 
proporcionando muitos avanços tecnológicos. O laser, 
os circuitos transistorizados e o microscópio eletrônico são 
apenas alguns dos incontáveis exemplos da inserção da 
Física Quântica entre nós.
A QUANTIZAÇÃO DA LUZ
O efeito fotoelétrico
Em 1887, Hertz descobriu o efeito fotoelétrico. 
Ele notou que a incidência de luz sobre um metal podia, 
sob certas circunstâncias, produzir a emissão de elétrons 
a partir dessa superfície. Em 1900, Lenard realizou uma 
série de experiências sobre o efeito fotoelétrico, usando o 
aparelho mostrado na figura 1. Observe que a luz incidente 
sobre a placa metálica A provoca a emissão de elétrons. 
Alguns atingem a placa oposta B, e uma corrente elétrica é 
registrada no galvanômetro G. O número de elétrons emitidos 
em A e que atingem B pode ser aumentado ou diminuído 
variando-se a diferença de potencial (VAB) entre A e B. 
Isso é feito através do ajuste da posição do cursor sobre a 
resistência divisora de tensão do experimento.
–
–
–
+–
Luz incidente
Cursor
Bateria
Elétrons 
ejetados
Vácuo
Campânula
de vidro
A B
V
G
Figura 1: Montagem para estudar o efeito fotoelétrico.
A figura 2 mostra o gráfico da corrente elétrica I registrada 
no galvanômetro em função da tensão VAB. Como a placa B 
é conectada ao circuito no lado do polo positivo da bateria, 
os elétrons emitidos em A são atraídos para B. Para valores 
de VAB suficientemente elevados, todos os elétrons emitidos 
por A são coletados em B, e a corrente atinge um valor de 
saturação. Depois disso, um aumento extra em VAB não afeta 
mais o valor da corrente, como pode ser observado no gráfico. 
Observe também que Ia é a corrente de saturação para uma 
luz de intensidade alta, enquanto Ib é a corrente de saturação 
para a luz (mesma frequência) de intensidade baixa.
Corrente
Luz de alta intensidade
Luz de baixa intensidade
Ia
Ib
V0
Tensão VAB
+–
Figura 2: Voltagem aplicada entre a placa emissora A e a placa 
coletora B em função da corrente.
76 Coleção Estudo
Frente D Módulo 17
Se a polaridade da bateria for invertida (nesse caso, 
VAB