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Instituto de Física

 

Física Moderna 1 - FNC 0375

20 semestre de 2007

Períodos diurno e noturno

                                                                                             Profa. Mazé Bechara

O caráter dual da radiação – os fótons do caráter corpuscular

3º TEC  - peso 1 ______________________________________________________________________

Data  limite de entrega:  15 de outubro de 2007 (segunda-feira) –  diurno: 10h10min; noturno: 19h20min

 

questão 1. Dois feixes de ondas planas de radiação monocromática têm comprimentos de onda l e 2l.

(a)    (1,0) Faça representações em figuras planas da distribuição da intensidade de cada um dos feixes em áreas idênticas perpendiculares aos feixes, segundo o eletromagnetismo clássico, em duas situações diferentes: quando as intensidades dos feixes forem iguais e quando a intensidade do comprimento de onda l for o dobro do feixe de 2l. Justifique.

(b)     (1,0) Repita o item (a) segundo a visão fotônica da radiação eletromagnética. Determine, para cada uma das duas situações,  a relação entre o número médio de fótons que chegam na mesma área por unidade de tempo, para que as descrições clássica e quântica sejam compatíveis.

 

questão 2. Quando uma certa superfície metálica é iluminada por um feixe de radiação eletromagnética de diferentes comprimentos de onda são observados os seguintes potenciais de corte na emissão de elétrons pelo metal:

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      l(angstrons)    3600         4050         4360       4920         5460        5790  

      V0 (Volts)         1,48           1,15          0,93        0,62         0,36          0,24

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(a)   (1,0) Diga, em palavras, o que você entende por potencial de corte no efeito fotoelétrico. Faça um gráfico (em papel e escala que permitam resultados numéricos confiáveis) do potencial de corte (em volts)  versus a freqüência do feixe (em Hertz).

(b)   (0,75) Determine diretamente do gráfico a freqüência limite para ocorrer a emissão fotoelétrica por essa superfície metálica. Explique as razões físicas para a existência deste limite para o valor da freqüência, explicitando se ele é um limite inferior ou superior.

(c)    (0,5) Determine diretamente do gráfico, o valor da constante de Planck e da função trabalho do metal. Justifique.

(d)    (0,75) Determine, a partir dos dados da tabela, o(s) valor(es) máximo(s) e mínimo(s) da energia cinética dos elétrons que saíram do metal para formar a corrente fotoelétrica, justificando. Discuta se há ou não relação destes valores com as intensidades da luz incidente.

(e)   (1,0) Determine a energia de ligação mínima e a energia de ligação máxima dos elétrons que saíram da superfície do material devido à incidência de cada um dos feixes. Justifique.

 

questão 3. Um feixe de raios X com 0,5 angstrons de comprimento de onda é espalhado por um material a 60o.

(a)               (1,0) Esboce o espectro experimental de freqüências (intensidade da radiação versus a freqüência). Coloque uma escala numérica (em Hz) no eixo das freqüências.

(b)               (0,75) A concepção fotônica da radiação consegue descrever o espectro experimental todo? E em parte? Descreva os processos físicos que ocorrem segundo esta concepção da radiação.

(c)               (0,75) O eletromagnetismo clássico (sem a existência do fóton) consegue descrever o espectro experimental no todo ou em parte? Descreva os processos físicos que ocorrem segundo esta concepção da radiação.

(d)               (0,5) Discuta a compatibilidade (ou não) entre as visões fotônica e do eletromagnetismo clássico na explicação do espectro experimental.

(e)               (1,0) O que mudaria no espectro do item (a) se fosse alterado o material espalhador? E se o comprimento de onda dobrasse? E se a intensidade se reduzisse à metade? Justifique.