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Faça uma estimativa da temperatura do fi lamento de uma lâmpada de incandescência, supondo que: • a potência total irradiada seja Pot = 60 W; • a emissividade do fi lamento seja e = 0,30; • o fi lamento seja um fio ci l índrico de comprimento l = 20 cm e seção transversal de raio r = 50 μm. Constante de Stefan-Boltzmann: s = 5,7 · 10–8 (SI)
Qual é a temperatura do fi lamento?
a) 1,8 ⋅ 103 K
b) 2,7 ⋅ 103 K
c) 1,3 ⋅ 104 K
d) 1,9 ⋅ 104 K
e) 2,3 ⋅ 104 K
f) não sei
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Questões Para o Saber

há 2 semanas

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há 2 semanas

LF8A11 Física moderna
15 pág.

LF8A11 Física moderna

ESTÁCIO

Respostas

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há 2 semanas

Para estimar a temperatura do filamento de uma lâmpada de incandescência, podemos usar a Lei de Stefan-Boltzmann, que relaciona a potência irradiada por um corpo negro à sua temperatura. A fórmula é: \[ P = e \cdot \sigma \cdot A \cdot T^4 \] onde: - \( P \) é a potência total irradiada (60 W), - \( e \) é a emissividade (0,30), - \( \sigma \) é a constante de Stefan-Boltzmann (\( 5,7 \times 10^{-8} \, \text{W/m}^2\text{K}^4 \)), - \( A \) é a área da superfície do filamento, - \( T \) é a temperatura em Kelvin. Primeiro, precisamos calcular a área da superfície do filamento, que é um cilindro: \[ A = 2 \pi r l \] onde: - \( r = 50 \, \mu m = 50 \times 10^{-6} \, m \) - \( l = 20 \, cm = 0,2 \, m \) Calculando a área: \[ A = 2 \pi (50 \times 10^{-6}) (0,2) \] \[ A \approx 6,2832 \times 10^{-7} \, m^2 \] Agora, substituímos na fórmula de Stefan-Boltzmann: \[ 60 = 0,30 \cdot (5,7 \times 10^{-8}) \cdot (6,2832 \times 10^{-7}) \cdot T^4 \] Resolvendo para \( T^4 \): \[ T^4 = \frac{60}{0,30 \cdot (5,7 \times 10^{-8}) \cdot (6,2832 \times 10^{-7})} \] Calculando o valor do denominador: \[ 0,30 \cdot (5,7 \times 10^{-8}) \cdot (6,2832 \times 10^{-7}) \approx 1,073 \times 10^{-14} \] Agora, substituindo: \[ T^4 \approx \frac{60}{1,073 \times 10^{-14}} \approx 5,58 \times 10^{15} \] Finalmente, tirando a raiz quarta: \[ T \approx (5,58 \times 10^{15})^{1/4} \approx 1,9 \times 10^{4} \, K \] Portanto, a temperatura do filamento é aproximadamente: d) 1,9 ⋅ 10^4 K.

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ESTÁCIO

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Todos os corpos trocam energia com seu ambiente por meio da emissão e da absorção de ondas eletromagnéticas em todas as frequências. Um corpo negro é um corpo que absorve toda onda eletromagnética nele incidente e também apresenta a máxima eficiência de emissão. A intensidade das ondas emitidas por um corpo negro só depende da temperatura desse corpo. O corpo humano à temperatura normal de 37 °C pode ser considerado um corpo negro.
Qual é o comprimento de onda correspondente à frequência para qual a intensidade é máxima?
a) 1,3 ⋅ 10-5 m
b) 1,7 ⋅ 10-5 m
c) 2,3 ⋅ 10-5 m
d) 4,5 ⋅ 10-5 m
e) 1,1 ⋅ 10-4 m
f) não sei

A radiação térmica proveniente de uma fornalha de altas temperaturas em equil íbrio térmico, usada para fusão de materiais, pode ser analisada por um espectrômetro. A intensidade da radiação emitida pela fornalha, a uma determinada temperatura, é registrada por esse aparato em função do comprimento de onda da radiação.
De acordo com essas informações, é correto afirmar que a temperatura da fornalha é, aproximadamente:
a) 2 000 K e que λmáx aumenta quando a temperatura aumenta.
b) 1 500 K e que λmáx diminui quando a temperatura diminui.
c) 2 000 K e que λmáx diminui quando a temperatura aumenta.
d) 1 500 K e que λmáx aumenta quando a temperatura diminui.
e) não sei

Para explicar o efeito fotoelétrico, Einstein, em 1905, apoiou-se na hipótese de que:
Qual é a afirmação correta?
a) a energia das radiações eletromagnéticas é quantizada.
b) o tempo não é absoluto, mas depende do referencial em relação ao qual é medido.
c) os corpos contraem-se na direção de seu movimento.
d) os elétrons em um átomo somente podem ocupar determinados níveis discretos de energia.
e) a velocidade da luz no vácuo corresponde à máxima velocidade com que se pode transmitir informações.
f) não sei

Com relação ao efeito fotoelétrico, julgue as seguintes afirmacoes:
Dê como resposta a soma dos números associados às afirmações corretas.
01. A ocorrência desse efeito depende da frequência, e não da intensidade da radiação uti l izada.
02. É possível que esse efeito ocorra com luz azul fraca e não ocorra com luz vermelha intensa.
04. A velocidade com que um elétron é ejetado depende da frequência da radiação usada, mas não de sua intensidade.
08. Supondo que o fenômeno ocorre em uma determinada região de uma placa metálica, o número de elétrons extraídos depende da intensidade da luz uti l izada.
16. Para uma determinada radiação incidente, a velocidade dos elétrons ejetados depende do metal usado na experiência.
a) 07
b) 23
c) 24
d) 27
e) 31
f) não sei

O eletroscópio é um aparelho uti l izado para detectar cargas elétricas. Ele é constituído de uma placa metálica, que é l igada a duas lâminas metálicas finas por uma haste condutora elétrica.
Analise as afirmações:
I. As lâminas estão eletrizadas com cargas de mesmo sinal e, portanto, se repelem.
II. As lâminas se afastam quando luz branca incide sobre a placa porque elétrons são extraídos das lâminas, que se eletrizam positivamente e se repelem (efeito fotoelétrico);
III. As lâminas não se movem quando a placa é incidida com energia de luz vermelha porque a energia dos fótons de luz vermelha é insuficiente para produzir o efeito fotoelétrico.
a) Apenas a I é correta.
b) Apenas a II é correta.
c) Apenas a III é correta.
d) I e II estão corretas.
e) Todas estão corretas.
f) não sei

Indique as afirmativas corretas e some os valores respectivos para dar a resposta. Com relação ao efeito fotoelétrico é correto afirmar que:
A soma das sentenças corretas é?
01. em uma célula fotoelétrica, a velocidade dos fotoelétrons emitidos aumenta, quando diminuímos o comprimento de onda da radiação luminosa uti l izada para provocar o fenômeno.
02. em uma célula fotoelétrica, a velocidade dos fotoelétrons emitidos aumenta, quando aumentamos o comprimento de onda da radiação luminosa uti l izada para provocar o fenômeno.
04. em uma célula fotoelétrica, a velocidade dos fotoelétrons emitidos será maior, se uti l izarmos, para provocar o fenômeno, luz vermelha forte, em vez de luz violeta fraca.
08. em uma célula fotoelétrica, a energia cinética dos elétrons arrancados da superfície do metal depende da frequência da luz incidente.
16. em uma célula fotoelétrica, a energia cinética dos elétrons arrancados da superfície do metal depende da intensidade da luz incidente.
32. a emissão de fotoelétrons por uma placa fotossensível só pode ocorrer quando a luz incidente tem comprimento de onda igual ou menor que certo comprimento de onda crítico e característico para cada metal.
a) 07
b) 24
c) 27
d) 31
e) 41
f) não sei

A função trabalho de um certo material é 4,2 eV. O comprimento de onda, em Å, da luz capaz de produzir efeito fotoelétrico, tendo os fotoelétrons emitidos energia cinética máxima de 2,0 eV, é aproximadamente (constante de Planck igual a 6,6 · 10–34 Js):
Qual é o comprimento de onda?
a) 2 000
b) 1 000
c) 200
d) 100
e) 0,2
f) não sei

A função trabalho do sódio é 2,3 eV. Dados: constante de Planck h = 6,63 × 10–34 Js; 1 eV = 1,6 · 10–19 J.
Pede-se para calcular a frequência l imiar mínima da luz incidente na superfície de uma amostra de sódio para que ocorra emissão de fotelétrons.
a) 2,3 ⋅ 1014 Hz
b) 5,4 ⋅ 1014 Hz
c) 5,6 ⋅ 1014 Hz
d) 7,3 ⋅ 1014 Hz
e) 8,4 ⋅ 1014 Hz
f) não sei

O efeito fotoelétrico, cuja descrição por Albert Einstein completou 100 anos em 2005 (ano internacional da Física), consiste na emissão de elétrons por um metal no qual incide um feixe de luz. No processo, “pacotes” bem definidos de energia luminosa, chamados fótons, são absorvidos um a um pelos elétrons do metal.
Analise as sentenças:
I. A energia do fóton com comprimento de onda 5 · 10–7 m é de 2,4 eV.
II. A luz de 5 · 10–7 m é capaz de arrancar elétrons de quais dos metais césio e potássio.
III. A energia cinética de elétrons emitidos pelo potássio é de 0,7 eV, se o comprimento de onda da luz incidente for 3 · 10–7 m.
a) Apenas a III é incorreta.
b) Apenas a I é correta.
c) Apenas a II é correta.
d) I e III são corretas.
e) II e III são corretas.
f) não sei

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