Louis De Broglie (1892-1987) durante o seu doutoramento em física na Universidade de ParisSorbonne sugeriu que o elétron, em seu movimento ao redor do núcleo, tinha associado a ele um comprimento de onda particular e introduziu o termo ondas de matéria para descrever as características ondulatórias das partículas materiais. Com base no comportamento ondulatório da matéria, o comprimento de onda de De Broglie de um elétron com velocidade de 5,97 x 10⁶ m.s^-1 é:

Dados:

Massa do elétron = 9,11 x 10^-28 g;

constante de Planck, h = 6,63 x 10^-34 J.s

1J = 1 kg m² .s^-2

Uma das primeiras evidências experimentais da Mecânica Quântica é o efeito fotoelétrico, onde radiações eletromagnéticas incidentes em placas metálicas fazem com que cargas elétricas da superfície absorvam energia suficiente para escaparem destas placas. Se a energia cedida por um fóton a um elétron é maior que a função trabalho do material, o elétron pode escapar. Para o tungstênio, a função trabalho é 4,6 eV. Dados h=4,1 × 10^-15 eV.s, c = 3,0 × 10⁸ m/s, a energia cinética máxima dos elétrons ejetados de uma placa de tungstênio, quando nela incide uma luz ultravioleta de comprimento de onda de 150 nm, é dada por:

Ao final do século XIX, a Física Clássica mostrou-se insuficiente em descrever quantitativamente e qualitativamente alguns fenômenos. Isto motivou a busca por novas teorias, proporcionando o surgimento, por exemplo, da Mecânica Quântica. Neste contexto, analise as afirmativas, identificando com “V” as VERDADEIRAS e com “F” as FALSAS, assinalando, a seguir, a alternativa CORRETA, na sequência de cima para baixo:

( ) A lei de Wein estabelece que para cada temperatura existe um comprimento de onda para o qual a intensidade da radiação emitida é máxima. Ela fornece resultados compatíveis com o espectro de emissão de radiação de corpo negro na região de pequenos comprimentos de onda.

( ) O resultado que ficou conhecido como catástrofe ultravioleta refere-se à equação de Rayleigh, que concordava com o espectro de emissão de radiação de corpo negro para frequências maiores, enquanto que para as frequências menores tendia ao infinito.

( ) A catástrofe ultravioleta somente foi solucionada pelo físico teórico Max Planck através de seu postulado de quantização de energia: “Um oscilador de frequência ν só poderia emitir ou absorver energia em múltiplos inteiros de um ‘quantum de energia’.”

( ) Na teoria de Planck a quantidade mínima de energia emitida, chamada de quantum, é dada por hν, onde ν é a frequência de radiação e h é uma nova constante universal, a constante de Planck.

( ) Os “pacotes de energia” podem assumir valores dados por E = nhν, onde ν é a frequência de radiação, h é a constante de Planck e n é um número inteiro positivo par (0,2,4,6,...).

Técnica de deposição de filmes finos (metálicos ou cerâmicos), por meio da vaporização desses materiais em câmaras especiais, em que os processos mais comuns são a evaporação e o sputtering.
Essas informações correspondem à seguinte etapa:

Um dêutron e um próton penetram simultaneamente no interior de um capacitor plano carregado, normalmente à placa negativa, através de dois furos nela existentes, com velocidades respectivamente iguais a , e 2 , como ilustra a figura a seguir.

Suponha que essas velocidades sejam tais que nenhum dos dois consiga atingir a placa positiva. Assim, o dêutron inverte o sentido de movimento decorrido intervalo de tempo Δt, a uma distância d da placa negativa. Já o próton inverte o sentido de seu movimento decorrido um intervalo de tempo Δt’, a uma distância d` da placa negativa.

Lembre-se de que o dêutron é o núcleo do átomo do deutério, sendo constituído, portanto, por um próton e um nêutron. Despreze os efeitos de borda.

Esses intervalos de tempo Δt e Δt’ e essas distâncias d e d’ são tais que

Stefan e Boltzmann formularam uma lei que relaciona a potência irradiada P com a área A da superfície emissora e a temperatura absoluta T de um corpo.

P = ε. σ. A. T⁴, sendo σ uma constante universal σ = 5,7 . 10⁻⁸ W/m² . K⁴ e ε uma constante numérica menor do que 1, denominada emissividade da superfície.

Da mesma forma que um corpo irradia calor, ele também absorve calor do ambiente circundante, com mesmo valor de ε. Assim, a potência efetiva irradiada por um bloco de alumínio polido (ε = 0,05), de área A = 0,20 m², à temperatura de 127 °C, num ambiente a 27 °C vale em W, aproximadamente,

A energia de um fóton de frequência 5 . 10¹⁴ Hz é, em eV, 

Dados: h = 6,6 . 10⁻³⁴ J.s 1 e V = 1,60 . 10⁻¹⁹ J 

Laser para entrar em operação tem diversas condições físicas a serem atendidas. Dentre elas há a especificação do material para o meio ativo, sendo sólido, líquido ou gasoso. Com base no meio ativo definem-se as propriedades do desenho da cavidade óptica. Do ponto de vista do meio ativo, a distribuição espectral da radiação laser gerada é determinada por dois fatores: pela forma de linha do meio ativo e pelos modos da cavidade do oscilador. De uma maneira mais específica, como podem ser exemplificadas essas duas condições para a oscilação laser?

A microscopia eletrônica de varredura (MEV) é uma técnica capaz de produzir imagens de alta ampliação (até 300.000 vezes) e resolução. O princípio de funcionamento do MEV consiste na emissão de feixes de elétrons por um filamento capilar de tungstênio (eletrodo negativo), mediante a aplicação de uma diferença de potencial que pode variar de 0,5 a 30 kV. Essa variação de voltagem permite a variação da aceleração dos elétrons, e também provoca o aquecimento do filamento. A parte positiva em relação ao filamento do microscópio (eletrodo positivo) atrai fortemente os elétrons gerados, resultando numa aceleração em direção ao eletrodo positivo. A correção do percurso dos feixes é realizada pelas lentes condensadoras que alinham os feixes em direção à abertura da objetiva. A objetiva ajusta o foco dos feixes de elétrons antes dos elétrons atingirem a amostra analisada. Disponível em: <www.degeo.ufop.br/laboratorios/microlab/mev.htm . Acesso em: 20 jul. 2016. Qual é o processo de formação de imagem do MEV e qual a outra técnica analítica que pode ser associada ao equipamento?

Um experimento para fabricar micro ou nanoestruturas em um substrato fotossensível pode ser feito expondo-se o material a um padrão de intensidade luminoso não uniforme produzido pela interferência de dois feixes coerentes. Considere dois feixes coerentes de laser em 532 nm, oriundos da mesma fonte, e que interferem entre si formando um ângulo de 60º. O padrão de intensidade produzido pela interferência dos dois feixes incide em um filme fotossensível e produz uma grade de difração de período espacial Δ. Nesse contexto, o valor de Δ é (Dado: sen 30° = 0,5)

O critério para a seleção de uma tecnologia específica para deposição de filmes finos pode ser baseado numa variedade de considerações técnicas. A diversidade de tipos de filmes finos de diferentes materiais pode ser depositada para uma variedade de aplicações dependendo de sua aplicação. Como se sabe, as características de um filme fino são diferentes de suas propriedades como “bulk”. Qual característica do filme depositado é considerada como decisiva na escolha da tecnologia de deposição?

Os processos de emissão e absorção da luz por parte da matéria tornaram-se alavancados com a descoberta de uma lei física que descreve a radiação por parte de um corpo negro. A partir desse ponto, vários experimentos foram realizados mostrando um comportamento, para a luz, distinto daquele conhecido classicamente. A Física Clássica apresentou-se incapaz de explicar os efeitos e fenômenos exibidos por tais experimentos, fazendo-se necessário o uso de uma nova teoria denominada de Teoria Quântica. Considere a situação hipotética, mostrada na figura, na qual um gás monoatômico está a uma temperatura constante (T) suficientemente elevada para que ocorra a emissão de luz.
Nesse contexto, é correto afirmar que

As polarizações circular, elíptica e linear, do ponto de vista clássico, são descritas a partir do comportamento espaço-temporal da amplitude de uma onda eletromagnética. A descrição dos estados de polarização sob o ponto de vista dos fótons com momento angular L, momento linear p e vetor de onda k diz que a luz no estado de polarização P é representada pela superposição coerente de iguais quantidades de fótons em dois estados de polarização, R e L, respectivamente, resultado da

O oscilador harmônico é de fundamental importância para a física porque, virtualmente, todo movimento oscilatório com pequena amplitude de oscilação pode ser analisado na aproximação de osciladores harmônicos. Do ponto de vista da Física Clássica, esse problema surge quando se analisa movimentos governados pela Lei de Hooke com a partícula presa a um potencial obedecendo a uma função parabólica. A solução clássica é dada pela combinação linear de funções trigonométricas periódicas. O problema do oscilador harmônico quântico apresenta uma forma alternativa de solução desse problema. Essa solução parte da definição de um operador que permite que se descreva o espectro de energia e funções de onda associada, sem a necessidade de resolver a equação de Schödinger. A formulação matemática desse operador permite, inclusive, que facilmente se estenda para outros problemas mais complexos. Como é denominado esse operador?

Dois feixes de luz laser, I e II, com fótons de energias E_I e E_II, comprimentos de onda λ_I e λ_II e frequências f_I e f_II, respectivamente, incidem sobre uma película de ouro e são absorvidos.
Sabendo-se que f_I = f_II /4, os comprimentos de onda e as energias dos fótons, transferidos à placa, estão relacionados por

Acerca da equação de Schrödinger, para o caso estacionário,tem-se , em que E representa asenergias possíveis do sistema e h = h/2π.

considerando um potencial (poço infinito), com L=0,2nm; m=9,1 x 10^-31kg (massa do elétron); h=6,63 x 10^-34 j.s; e a carga e 1,6 x 10^-19 C, assinale a alternativa que indica a diferença energética aproximada, em elétron-volt (eV), entre o primeiro estado excitado e o estado fundamental.

A função de onda Ψ(x,t) representa, na mecânica quântica, a partícula em um sistema unidimensional. A esse respeito, assinale a alternativa que corresponde à probabilidade de se encontrar o elétron entre x e x + dx.

No modelo do átomo de hidrogênio proposto por Niels Bohr, o elétron assume energia conforme a relação E_n = − 13,6 eV/n². Quando o elétron sai do nível n = 4 para o nível n = 2, há uma emissão de um fóton igual a

O estudo do efeito fotoelétrico, realizado por Einstein em 1905, foi um dos pilares da nova física que estava surgindo, a física quântica. O efeito fotoelétrico consiste na emissão de elétrons, que ocorre quando a luz incide em uma superfície. No modelo de Einstein, um fóton da luz incidente fornece toda a respectiva energia para um único elétron no metal. Dessa maneira, a absorção de energia pelos elétrons é feita em pacotes, de forma quantizada.

Considerando h = 6,63 × 10^-34 j.s; c = 3 × 10⁸ m/s; e, e = 1,6 × 10^-19 C, e sabendo que o custo energético é de 4,08 eV, assinale a alternativa que indica o valor aproximado do comprimento de onda máximo capaz de retirar um elétron da superfície do alumínio.