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Física Quântica - 2021.3- QS
- Lista 2 -
Tema: Teoria Corpuscular da Luz: Efeito fotoelétrico e
Compton
Questões:
a. Discuta quais características experimentais do efeito fotoelétrico podem ser explicadas por
um modelo clássico da luz e quais não podem, ou seja, necessitam de uma teoria quântica
para serem explicadas.
b. Quais foram os argumentos de Einstein para introduzir o conceito de fótons e como ele
explicava as falhas na teoria clássica?
c. Explique o conceito de dualidade onda-partícula das ondas eletromagnéticas. Dê exemplos
(se possível do cotidiano) de quando observamos a luz como onda e quando a observamos
como partícula.
d. Discuta quais são as semelhanças e as diferenças entre o efeito foto-elétrico e o efeito
Compton.
Problemas:
1. Uma superfície de um certo material metálico começa a emitir elétrons via efeito fotoelé-
trico quando a radiação incidente tem frequência ν ≥ 2, 2 × 1015s−1.
a) Determine a função trabalho do material, isto é, a energia mínima de um fóton que
incide na superfície metálica para que um elétron seja ejetado. b) Qual comprimento de
onda de radiação correspondente a fótons com essa energia?
c) Se a superfície é irradiada com luz com comprimento de onda de 100 nm, qual seria a
energia cinética máxima dos elétrons emitidos?
2. Incide-se sobre o potássio luz de comprimento de onda igual a 400 nm e intensidade
10−2 W/m2. Estime o intervalo de tempo para a emissão de elétrons esperado classi-
camente. Considere que a luz incide de uma única direção, suponha que o raio médio do
potássio seja da ordem de 10−10 m e utilize a função trabalho φ = 2, 22 eV.
3. O molibdênio metálico tem de absorver radiação com a frequência mínima de 1.09×1015s−1
antes que ele emita um elétron de sua superfície via efeito fotoelétrico.
(i) Qual é a energia mínima necessária para produzir esse efeito?
(ii) Qual comprimento de onda de radiação fornecerá um fóton com essa energia?
(iii) Se o molibdênio é irradiado com luz com comprimento de onda de 120 nm, qual é a
possível energia cinética máxima dos elétrons emitidos?
4. Raios X de comprimento de onda 200 pm incidem em uma placa de material metálico.
Os raios X espalhados pelos elétrons (considere os elétrons inicialmente em repouso) são
observados a um ângulo de 45 graus em relação a direção incidente.
a) Qual é o comprimento de onda dos fótons espalhados?
b) Qual é a energia de recuo dos elétron após a interação com o fóton?
5. Considere o espalhamento Compton onde o fóton de comprimento de onda λi é espalhado
em um ângulo θ por uma partícula carregada de massa M inicialmente em repouso. Mos-
tre que a energia cinética final da partícula carregada é dada por
K =
hc∆λ
λi (λi + ∆λ)
onde
∆λ =
hc
Mc2
(1 − cosθ) .
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