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Tópico 02 a) E = (m2 – m1)c 2. b) E = (m1’ – m2’)c 2. c) E = (m2’ – m2)c 2/2. d) E = (m2’ – m2 )c 2. e) E = (m1 + m1’)c 2. 12. (ITA) Um elétron é acelerado a partir do repouso por meio de uma diferença de potencial U, adquirindo uma quantidade de movimento p. Sabe-se que, quando o elétron está em movimento, sua energia relativís- tica é dada por E = [(m0C 2)2+p2C2]1/2, em que m0 é a massa de repouso do elétron e C a velocidade da luz no vácuo. Obtenha o comprimento de onda de De Broglie do elétron em função de U e das constantes fundamentais pertinentes. 13. (FUVEST) O ano de 2005 foi declarado o Ano Internacional da Física, em comemoração aos 100 anos da Teoria da Relatividade, cujos resultados incluem a famosa relação E = ∆m.c2. Num reator nuclear, a energia provém da fissão do Urânio. Cada núcleo de Urânio, ao sofrer fissão, divide-se em núcleos mais leves, e uma pequena parte, ∆m, de sua massa inicial transforma-se em energia. A Usina de Angra II tem uma potência elétrica de cerca 1350 MW, que é obtida a partir da fissão de Urânio-235. Para produzir tal potência, devem ser gerados 4000 MW na forma de calor Q. Em relação à Usina de Angra II, estime a a) quantidade de calor Q, em joules, produzida em um dia. b) quantidade de massa ∆m que se transforma em energia na forma de calor, a cada dia. c) massa MU de Urânio-235, em kg, que sofre fissão em um dia, supondo que a massa ∆m, que se transforma em energia, seja aproximadamente 0,0008 (8 × 104) da massa MU. E =∆mc2 Essa relação indica que massa e energia podem se transformar uma na outra. A quantidade de energia E que se obtém está relacionada à quantidade de massa ∆m, que "desaparece", através do produto dela pelo quadrado da velocidade da luz (c). NOTE E ADOTE: Em um dia, há cerca de 9 × 104 s 1 MW = 106 W c = 3 × 108m/s INTRODUÇÃO À FÍSICA QUÂNTICA Até o final do séc. XIX parecia que as leis da física existentes eram capazes de explicar todos os fenômenos. Mas nos últimos anos do séc. XIX e início do séc. XX, as teorias existentes não eram capazes de explicar dois fenômenos que estavam gerando dúvidas a respeito da validade das teorias existentes. Um fenômeno que precisava ser expli- cado era o determinado pela experiência de Michelson e Morley, onde a velocidade medida para a luz incidente na terra em diferentes direções é a mesma. O outro fenômeno a ser explicado seria o da radiação de corpos negros, em que a distribuição de energia destes sistemas verificada expe- rimentalmente divergia da previsão teórica. As novas teorias formuladas para explicar estes dois fenômenos foram a teoria da Relatividade e a teoria quântica. • A Origem da Quantização Todo corpo emite radiação devido a sua temperatura. Essa radiação é chamada de radiação térmica. Os seres humanos, por exem- plo, irradiam o infravermelho longo. Mas a radiação térmica emitida por certos corpos, denominados corpos negros, não estava se adequando à previsão teórica da radiação emitida por esses corpos. Observe os gráficos da lei teórica e dos dados experimentais encontrados: teoria clássicaexperimental comprimento de onda In te ns id ad e da ra di aç ão O cientista que resolveu o problema da radiação de corpo ne- gro foi Planck. Para tanto, ele disse que a energia emitida por esse tipo de radiação se desse em pacotes, o que chamou de quantum. Ou seja, um quantum é uma porção mínima de energia e toda energia irradiada é um múltiplo dessa porção mínima. A energia é quantizada e só pode assumir determinados valores. Planck propôs ainda que a energia fosse proporcional à freqüência, ou seja: E α f Emin = hf; E = nhf Onde h é uma constante, mais conhecida como constante de Planck e tem valor igual a: h = 6,626 x 10-34 j . s = 4,136 x 10-15 eV . s A teoria da Planck não foi valorizada até que Einstein, em 1905, utilizou a teoria quantização para explicar o efeito fotoelétrico. O Efeito Fotoelético Dá-se o nome de efeito fotoelétrico ao fenômeno da ejeção de elétrons da superfície de um metal, quando esta superfície é iluminada por uma radiação eletromagnética de certo comprimento de onda. 6 FÍ SI CA II Prof. Sérgio Torres Apostila-04 Física 15/05/2010 31/52 Sergio Torres fisica
