Questões de Concurso sobre Física Moderna

Um cristal ortorrômbico de cementita (Fe₃C) tem os seguintes parâmetros de rede a = 4,52 Å, b = 5,08 Å e c = 6,74 Å. Qual o valor da distância interplanar (d) do plano (111)?

A natureza quântica da radiação eletromagnética observada na radiação de corpo negro (teoria de Planck – 1900), no efeito fotoelétrico (teoria de Einstein – 1905) e no espalhamento Compton (teoria de Compton – 1923), entre outros, influenciou o estudo dos primeiros modelos quânticos dos átomos (teorias de Rutherford – 1911 e Bohr – 1913) e foi o início para o avanço da física quântica. Em relação aos conceitos da física quântica, assinale a alternativa correta.

Considere uma reflexão de primeira ordem de um feixe de raios X nos planos de reflexão de um cristal, ilustrado na figura a seguir. Se a reflexão ocorre quando a radiação incidente, de comprimento de onda 0,220 nm, faz um ângulo θ = 75° com a face superior do cristal, qual é o tamanho aproximado da célula unitária L?

Considere que d representa a distância interplanar que também é desconhecida.

Com o surgimento da Física Quântica, diversos modelos foram sugeridos e a física experimental nunca se fez tão presente na colaboração e solução dos problemas encontrados. Explicar a natureza do espectro do hidrogênio, no início do século XX, era um dos principais problemas. Em 1906, o Físico Theodore Lyman descobre, experimentalmente, a primeira linha espectral resultante da emissão do átomo de hidrogênio. Esse feito proporcionou outros estudos, como as séries Balmer e Paschen, assim como a equação de Rydberg que explicou as linhas espectrais encontradas, e introduziu a chamada constante de Rydberg (R). Já em 1913, Niels Bohr produziu sua teoria atômica e, com isso, foi possível comparar sua teoria com a equação de Rydberg, mostrando perfeita sintonia. Assim, considerando um átomo de hidrogênio estacionário emitindo um fóton correspondente à primeira linha da série Lyman, podemos afi rmar que a energia (E) desse fóton corresponde a:

Levando em consideração as equações da cinética pontual clássica para um reator homogêneo e monoenergético, pode-se definir o tempo médio de nascimento de nêutrons e sua absorção, em termos da seção de choque macroscópica de fissão (${\sum }_{{}_f}^{}$), geração média de nêutrons por fissão ($v$) e a velocidade do nêutron ($V$), como sendo:

Uma nova visão da natureza da matéria, introduzindo a rascunho ideia de que nem todos os valores de energia são possíveis, ou seja, a energia é quantizada e varia em quantidades denominadas “quantum”, foi o início de uma grande revolução da Física no início de século XX. O precursor dessa teoria, denominada Teoria Quântica (ou Mecânica Quântica) foi

Os níveis de energia do átomo de hidrogênio no modelo de Bohr estão representados nessa figura, obtidos para cada nível 𝑛 (dito estado quântico) a partir da expressão: 𝐸𝑛 = −𝑍² $\frac{E_0}{n^2}$ , onde: 𝐸₀ = 13,6 𝑒𝑉 e 𝑛 = 1, 2, 3, …

Toda vez que o elétron muda de um nível para outro, o estado quântico altera, e são emitidos ou absorvidos fótons, cujo comprimento de onda é expresso por: 𝜆 = $\frac{c}{f}$ = $\frac{h.c}{E_i-E_f}$ = $\frac{1240eV.nm}{E_i-Ef}$ , sendo que i e f representam os valores de n = 1, 2, 3, 4 ...

Considere que, inicialmente, o átomo se encontra no terceiro estado excitado, 𝑛 = 4, e que possa passar para qualquer um dos demais estados, até ficar no estado livre, 𝑛 = ∞.

Com base nessas considerações e na teoria quântica, assinale a alternativa correta.

Na segunda metade do século XVII, Isaac Newton passou a investigar o comportamento da luz solar. É atribuído a ele o experimento de, num aposento escuro, fazer passar um estreito feixe de luz que, depois de atravessar um prisma, dispersou-se em um feixe multicolorido indo projetar-se sobre um anteparo. Isso foi fundamental para Gustav Kirchhoff e Robert Bunsen, mais tarde, explicarem e descreverem precisamente os espectros de linhas de emissão e de absorção das radiações emitidas ou absorvidas pela matéria. Assim,

Os espectros de energia de radiação podem ser caracterizados em dois principais grupos: aqueles que consistem em 1 (ou mais) energia(s) específica(s) – espectro discreto, e aqueles que consistem em uma distribuição de energia – espectro contínuo. Das emissões listadas a seguir, que podem ser feitas por uma fonte, assinale a que apresenta um espectro contínuo de energias.

A mecânica quântica é considerada por muitos físicos como a teoria científica mais próspera, pois suas previsões têm se mostrado muito firmes diante o crivo experimental. A partir das ferramentas dessa teoria, mais especificamente a equação de Schrödinger, tornou-se possível explicar muitos aspectos dos átomos. Um sistema que a mecânica quântica explicou muito bem foi o átomo de hidrogênio. Segundo a teoria quântica, os estados do átomo de hidrogênio são descritos por três números quânticos, quais sejam: o número quântico principal ݊, o qual está relacionado aos níveis de energia $E_n$ do átomo por meio da expressão $E_n=-\frac{13,60eV}{n^2}$ ; o número quântico orbital $l$ , relacionado aos valores possíveis do módulo do momento angular orbital $L$ por meio da equação $L=\sqrt{l\left(l+1\right)}\hslash$; e o número quântico magnético $m_l$, relacionado às componentes do momento angular orbital $L_z$ por meio da equação $L_z=m_l\hslash .$ Nessas expressões, a constante $\hslash$ é associada à constante de Planck e vale $\hslash =1,054.10^{-34}J.s.$ Considerando essas informações, conhecendo a relação entre os três números quânticos, e desconsiderando o spin do elétron, assinale a alternativa que apresenta a quantidade de estados distintos $\left(n,l,m_l\right)$ do átomo de hidrogênio que existe quando $n=3$.

Associe corretamente as colunas sobre a radiação eletromagnética.

Coluna 1

1. Radiação ionizante.

2. Radiação não ionizante.

Coluna 2

( ) Raios gama.

( ) Micro-ondas.

( ) Radiação ultravioleta.

( ) Raios-X.

( ) Infravermelho.

A ordem correta de preenchimento dos parênteses, de cima para baixo, é:

Considere-se a equação a seguir:

${}^{23}Ne\to {}^{23}Ne+e^{-}+\overline{v_e}$

A equação representa um modo de decaimento nuclear. O decaimento que a equação representa é:

Uma análise típica em física de reatores nucleares é resolver a equação de difusão de nêutrons, em uma dimensão para um meio absorvedor e multiplicador, utilizando a técnica de separação de variáveis, sendo elas a variável temporal e a espacial. Pode-se definir, de tal modo, que o fluxo de nêutrons é dado por $\varphi$ ($x,t$) = $\psi$ (x). $\tau$ ($t$). Levando em conta essas informações, a equação diferencial que considera somente a parte espacial é:

Considere:

$v{\sum }_f$ é o termo conhecido como fonte de fissão

${\sum }_a$ é a seção de choque macroscópica de absorção

$\lambda$ é a constante de decaimento

$v$ é a velocidade

$D$ é o coeficiente de difusão

Sabe-se que a massa do próton e do nêutron é dada, por aproximadamente, 938 $MeV$ e 939 $MeV$, respectivamente. Qual das opções abaixo apresenta o valor aproximado para a energia de ligação para o núcleo de ${}_{92}^{235}U$, em $MeV$?

Dado: 1 uma = 931 $MeV$.

No processo de queima de um combustível nuclear, ocorrem inúmeras transformações em sua composição devido à fissão dos elementos físseis e das interações de captura de nêutrons. Essas transformações estão relacionadas à seção de choque dos elementos e ao grupo de energia dos nêutrons. A análise da concentração isotrópica do combustível nuclear tem um papel fundamental para a manutenção da criticalidade de um reator. A parte inicial da reação em cadeia para os actinídeos relativos à fissão do U-238 é dada abaixo:

${}^{238}U$ ^{$\underrightarrow{(n,\gamma )}$} ${}^{239}U$ ^{$\underrightarrow{({\beta }^{-})}$} ? ^{$\underrightarrow{({\beta }^{-})}$} ${}^{239}Pu\to \left(...\right)$

As informações com relação ao tempo foram suprimidas, entretanto, com as informações apresentadas, é possível determinar qual actinídeo ocupa a lacuna na reação em cadeia acima. Esse actinídeo é o:

A meia-vida de uma fonte radioativa precisa ser determinada. A fonte de radiação é medida duas vezes, com um tempo de medida de 600 segundos cada e um intervalo de 24 horas entre as medições. Na primeira medida 1683 contagens são obtidas, e na segunda 914, incluindo contagens de BG. As contagens para o BG foram 420, em uma medida de 20 minutos. Determine, em horas, a meia-vida da fonte.

Um detector de radiação de área sensível de 100 cm² está a 1 metro de uma fonte radioativa pontual e registra 120 contagens em 1 minuto. Considerando que cada decaimento gere uma partícula e esta partícula é sempre detectável se atingir o detector, qual é a atividade da fonte de radiação?

Em 1923, Arthur Holly Compton confirmou a natureza corpuscular da radiação fazendo com que um feixe de raios X incidisse sobre uma amostra de grafite e observando o aumento do comprimento de onda dessa radiação (∆λ) em função do ângulo segundo o qual os raio X são espalhados (θ). Esse aumento, chamado deslocamento Compton, é calculado pela expressão $△\lambda =\frac{h}{m.c}.\left(1-\cos \theta \right)$, onde m é a massa dos elétrons livres da amostra-alvo.

Considere que um feixe de raios X com comprimento de onda 8,88 × 10^–11 m incida sobre uma amostra de carbono e os fótons desse feixe, espalhados pelos elétrons livres da amostra, sejam observados a 60º da direção de incidência. Adotando h = 6,6 × 10^–34 J · s para a constante de Planck, c = 3,0 × 10⁸ m/s e m = 9,1 × 10^–31 kg, a energia dos fótons dos raios X, após o espalhamento causado pela amostra de carbono, é

Quando uma partícula carregada eletricamente atravessa um meio isolante a uma velocidade superior à da luz neste meio, ela emite radiação eletromagnética que pode ser na faixa visível. Em geral, é aquela luz de cor azulada que se vê em piscinas com reatores nucleares. Essa é a chamada “radiação

O irídio-192 é produzido em reator nuclear pela reação (n,y)

${}_{77}^{191}Ir\left(n,\gamma \right){}_{77}^{192}Ir$

Tem meia-vida de 74,2 dias, decai por emissão XX e YY para um isótopo estável, Pt- 192. Os raios XX emitidos apresentam energia na faixa de 530keV a 670keV. Os principais raios YY emitidos têm, em média, uma energia de 370keV. No caso, as emissões XX e YY são, respectivamente: