Considere o texto a seguir
"Um problema que pode ser utilizado em várias aplicações da função de onda, por meio da equação de Schroedinger unidimensional independente do tempo, é o problema da partícula presa numa caixa [...]. Nesse caso, a partícula fica confinada a uma região 0
<
x
<
L
0<�<�
na qual V
(
x
)
=
0
�(�)=0
. Contudo, fora dessa extensão, V
(
x
)
=
∞
�(�)=∞
, ou seja, não é possível encontrar a partícula fora da caixa. Esse problema possibilita estimar a ordem de grandeza das energias associadas à átomos ou moléculas e permite realizar comparações com os resultados semi-clássicos propostos no início do desenvolvimento da mecânica quântica.
Após esta avaliação, caso queira ler o texto integralmente, ele está disponível em: LOPES Adriana R. Introdução à mecânica quântica. Curitiba: InterSaberes, 2020, p.119.
De acordo com o texto acima e com o livro-base, Introdução à mecânica quântica, calcule a diferença de energia entre o estado fundamental e o primeiro estado excitado de um elétron que se encontra em uma caixa cuja largura coincide com o raio de Bohr (52,9 picometro). Qual seria esse valor para um nêutron confinado no núcleo atômico, isto é, uma caixa de largura 1 fentômetro? A seguir, leia as afirmativas que exibem esses valores.
I. Δ
E
=
0
,
6099
M
e
V
�=0,6099���
II. Δ
E
=
0
,
1278
M
e
V
�=0,1278���
III. Δ
E
=
0
,
9152
M
e
V
�=0,9152���
IV. Δ
E
=
13
,
6
e
V
�=13,6��
V. Δ
E
=
400
,
74
e
V
�=400,74��
Estão corretas apenas as afirmativas:
Para calcular a diferença de energia entre o estado fundamental e o primeiro estado excitado de um elétron que se encontra em uma caixa cuja largura coincide com o raio de Bohr (52,9 picometro), podemos utilizar a fórmula: ΔE = (h^2 * n^2) / (8 * m * L^2) Onde: h = constante de Planck n = número quântico principal (n = 1 para o estado fundamental e n = 2 para o primeiro estado excitado) m = massa do elétron L = largura da caixa Substituindo os valores, temos: ΔE = (6,626 x 10^-34 J.s)^2 * (1)^2 / (8 * 9,109 x 10^-31 kg * (52,9 x 10^-12 m)^2) ΔE = 1,278 x 10^-19 J Para um nêutron confinado no núcleo atômico, isto é, uma caixa de largura 1 fentômetro (10^-15 m), a diferença de energia seria muito maior, pois a massa do nêutron é maior que a do elétron. No entanto, a pergunta não fornece informações suficientes para calcular esse valor. Sobre as afirmativas, a única correta é a IV. ΔE = 13,6 eV.
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Equações Diferenciais Ordinárias
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