1 EstudoDirigido Cap9 Ball

Prévia do material em texto

Estudo dirigido – Capítulo 9 (Ball) e Capítulo 11 (Atkins)
Questões
1) Descreva as evidências que conduziram ao surgimento da mecânica quântica. Descreva os experimentos que não podiam ser
explicados pela mecânica clássica. Seja detalhista mostrando gráficos, equações, etc.
2) Esquematize um corpo negro e descreva o “seu funcionamento”. Por meio de um gráfico distribuição de energia x λ mostre
que a lei de deslocamento de Wien (blue shift) se aplica ao problema do corpo negro e explique o que é blue shift. Por que a lei de
Rayleigh-Jeans não explicava o fenômeno conhecido como radiação do corpo negro? Discuta em detalhes o fenômeno conhecido
como catástrofe do ultravioleta. De que forma a quantização introduzida por Planck (distribuição de Planck) explicou as
propriedades da radiação do corpo negro.
3) Caráter corpuscular da radiação eletromagnética: descreva o efeito fotoelétrico; investigue como calcular o número de fótons de
uma radiação apresentando um exemplo numérico resolvido; defina função trabalho e frequência limiar; na equação relacionada
ao efeito fotoelétrico, explique o que ocorre quando hν<φ e quando hν>φ; explique o significado de aumentar a intensidade da
radiação incidente; explique porque a frequência limiar dos elementos a seguir segue esta ordem νRb<νK<νNa ; como fazer
par aumentar a Ec dos elétrons ejetados?
Caráter ondulatório das partículas: Descreva o experimento de Davidson-Germer da difração de elétrons e suas implicações;
discuta os argumentos e a relação de de Broglie quanto à dualidade onda-partícula; faça a dedução da equação de de Broglie.
Discuta por que o comportamento ondulatório é observado apenas em sistemas atômicos e moleculares e não em sistemas
macroscópicos. Não poupe esforço, utilize equações e o que você achar necessário.
4) Escreva os postulados de Bohr. Faça a dedução completa e detalhada da teoria de Bohr sobre o átomo de hidrogênio e sua
aplicação sobre sistemas atômicos hidrogenoides. Comente sobre a quantização do espaço e da energia do átomo de hidrogênio,
mostrando claramente nas equações obtidas o fator que permite concluir a respeito da quantização. Construa um diagrama de
energia do átomo de hidrogênio e um diagrama com as órbitas de Bohr. O que é primeira órbita de Bohr? Relacione o resultado
do modelo atômico de Bohr com os espectros do átomo de hidrogênio e as séries de Lyman, Balmer, etc. Discuta o significado do
termo limite da série, e dê um exemplo numérico.
5) Mostre, como sugere Atkins, que uma superfície de 1 cm2 emite cerca de 6 W a 1000 K.
6) Na seção Distribuição de Planck (Atkins), substitua os valores das constantes e mostre que σ=5,6704.10-8 W m-2 K-4. Mostre
que c2 =1,439 cm K.
7) Calcule a posição das linhas no átomo de hidrogênio para n=2, 3, 4, 5, 10, 50, 100, ∞ para série de Lyman. Construa o gráfico
destes resultados ao longo da escala horizontal 1/λ. Observe como as linhas convergem para um valor limite (limite da série).
8) Calcule o número de fótons emitidos por uma lâmpada amarela de 100 W em 1,0 s. Considere o comprimento de onda da luz
amarela como sendo 560 nm e admita eficiência de 100%.
9) Quantos fótons emite, em 0,1 s, um telêmetro monocromático de IV, com 1 mW de potência aperando a 1000 nm?
10) (Hanna, Quantum Mechanics in Chemistry): Um experimento de emissão de fotoelétrons em sódio foi realizado, incidindo-se
luz de diversos comprimentos de onda. Os seguintes valores de potencial de retardamento, no qual a corrente fotoelétrica é
reduzida a zero, foram obtidos.
λ (Å) ν (s-1) -ε (V)
3125 2,128
3650 1,595
4047 1,215
4339 1,025
5461 0,467
Determine por meio da construção do gráfico: (a) a frequência limiar; (b) a constante de Planck. (1 J=1 V C).
11) Problemas 9.18 e 9.19, Ball, pgs. 271-272: O coeficiente angular da reta produzida pelo gráfico da energia x λ das leis de
Rayleigh-Jeans e da lei de Planck são dados pelas equações abaixo, respectivamente:
dρ
dλ
=8 πkT
λ4
 e 
d ρ
d λ
=8πh c
λ5
1
(ehc / λ kT−1 )
Quais são os valores e unidades desse coeficiente angular nas seguintes temperaturas e comprimentos de onda? (a) 1000 K, 500
nm; (b) 2000 K, 500 nm; (c) 2000 K, 5000 nm; (d) 2000 K, 10000 nm.
No caso da equação de Rayleigh-Jeans há a conhecida catástrofe do UV?
No caso da equação de Planck em que temperaturas e regiões do espectro EM a lei de Rayleigh-Jeans está próxima da lei de
Planck?