Questões de Concurso sobre Física Subatômica (Física de partículas)

O efeito fotoelétrico é um fenômeno no qual ocorre a emissão de elétrons da superfície de metais ao serem irradiados por fótons de determinada frequência. Esse efeito é essencial para o funcionamento de equipamentos como câmeras de TV. Em um experimento de efeito fotelétrico, um metal é irradiado com fótons de frequência maior que a frequência de corte, assim, o número de elétrons ejetados da superfície do metal é proporcional

Em 1913, Niels Bohr formulou um modelo atômico que lançou as bases da teoria quântica do átomo. Uma das suas hipóteses é que o elétron do átomo de hidrogênio gira em torno do núcleo em uma órbita circular. A outra hipótese é a de que

Em um centro de pesquisa foram desenvolvidos três equipamentos para medições de tempo, comprimento e massa, cujas leituras são E_t , E_c , E_m, respectivamente. As curvas de calibração de cada equipamento estão apresentadas na figura. Esses equipamentos foram utilizados para medir o movimento retilíneo uniforme de uma partícula pontual. A medição da massa indicou leitura de 3 contagens, e a medição do movimento mostrou que ele percorreu uma distância entre a posições indicadas pelas contagens 6 e 2, em um intervalo de tempo de 0 a 1 contagens.

Pode-se afirmar que a energia cinética da partícula é:

Também são materiais utilizados em filtros solares substâncias ativas inorgânicas, como micro e nanopartículas de ZnO e o TiO₂ - famosos na indústria de dispositivos semicondutores e da optoeletrônica onde foram primeiramente descobertos, testados e compreendidos no contexto da física moderna de materiais (que explora as propriedades eletrônicas dos materiais utilizando a mecânica quântica). Nos dois casos se tratam de materiais semicondutores (característica normalmente associada à sua forma cristalina macroscópica), com aplicações bastantes intensas, em combinações com outros materiais, em, por exemplo, células solares e dispositivos emissores de luz.

Considere as afirmativas a seguir.

I. Por terem mais átomos que as ______, e por serem mais regulares na distribuição geométrica dos átomos, as micro/nanopartículas têm seus estados eletrônicos agrupados em conjunto mais denso nas energias dos estados eletrônicos (que ficam espalhados sobre a estrutura molecular) do que no caso de moléculas. Com o aumento de tamanho dessas partículas, mantida a regularidade geométrica, esse adensamento de estados eletrônicos aumenta e leva ao surgimento de ______ de valência e condução que estão separadas por uma lacuna vazia de estados, também conhecida como gap.

II. No gráfico a seguir temos a absorbância de nanopartículas de TiO₂ (taxa de absorção de fótons pelo material comparada com a potência irradiada sobre o material, valor medido em um detector óptico). Se considerarmos que as transições ficaram suficientemente intensas em torno de 400 nm, o ______ (acessível pelo processo de excitação óptica) do TiO₂ pode ser estimado em cerca de ______ eV.

Comprimento de onda

Fonte: Journal os Materials Science: Materials in Eletronics. V. 30, p. 16156 (2019)

Assinale a alternativa que preencha correta e respectivamente as lacunas.

Se os espelhos que formam a cavidade do laser refletem 100% e 95% da intensidade da luz, respectivamente, os dois espelhos não refletem totalmente os feixes, pois um deles deve deixar passar a luz, o chamado feixe emergente.

A radiação do laser é emitida em determinada direção com um feixe de luz estreito, à medida que se propaga.

Considerando-se o momento angular decorrente do movimento circular do elétron como um múltiplo inteiro de uma constante, conclui-se que as órbitas eletrônicas são discretas.

“Velocidade com que uma determinada partícula oscila em torno de seu ponto de repouso devido à passagem da onda sísmica, criada pela detonação de explosivos. Este movimento pode ser definido em termos de três componentes mutuamente perpendiculares (vertical, transversal e longitudinal ou radial)”. Este é o conceito correspondente à(ao)

Uma partícula segue um movimento retilíneo no R³ , com velocidade constante (1,2,2), até entrar numa região que provoca um vetor aceleração A sobre a partícula, tal que A = (2,-2,1) X v, onde X denota o produto vetorial, e v denota a velocidade instantânea da partícula.

Enquanto estiver na região, a partícula descreverá um(a)

As radiações eletromagnéticas, tais como luz visível, infravermelho, ultravioleta e raios X, no vácuo se caracterizam por possuírem

Define-se efeito Compton o fenômeno físico em que

O modelo atômico proposto por Ernest Rutherford em 1911, conhecido como modelo planetário, descreve que o átomo é constituído de um núcleo positivo envolto por uma região que possui cargas negativas dispersas. É sabido que o núcleo dos átomos possui prótons (partículas portadoras de cargas elétricas positivas), e, girando ao redor desse núcleo, há elétrons (partículas portadoras de cargas elétricas negativas). Considerando apenas essas duas partículas, a força de interação entre elas é de natureza

Bohr, um renomado físico do século XX, contribuiu significativamente para o desenvolvimento do modelo atômico ao aprimorar as ideias propostas por Rutherford. Com seu modelo, Bohr estabeleceu uma série de princípios que descreviam o comportamento dos elétrons em torno do núcleo atômico, fornecendo uma explicação crucial para o fenômeno do espectro de emissão de gases excitados. Esses postulados foram de extrema importância para avançar a compreensão da estrutura dos átomos e estabeleceram as bases fundamentais da física quântica. Analise as assertivas abaixo em relação aos postulados do modelo de Bohr e assinale V, se verdadeiras, ou F, se falsas.

( ) Os elétrons em um átomo estão confinados em órbitas circulares ao redor do núcleo, cujo raio da trajetória 𝑅_𝑛 = 5,3 × 10⁻¹¹𝑛²𝑚, sendo n um número inteiro correspondente à órbita do elétron.

( ) A energia de um elétron em uma órbita n (com n sendo um número inteiro) é dada por: 𝐸_𝑛 = $\frac{-13.6}{n}$𝑒𝑉.

( ) A energia dos elétrons é quantizada, ou seja, eles podem existir apenas em níveis de energia específicos.

( ) Quando um elétron transita de um nível de energia mais alto para um nível de energia mais baixo, ele emite energia na forma de fótons.

( ) O modelo de Bohr explica completamente o comportamento dos elétrons em átomos.

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

O cientista dinamarquês Niels Bohr, ao pesquisar sobre a estrutura do átomo, propôs, na primeira metade do século passado, três postulados acerca do assunto. Um desses postulados está corretamente enunciado a seguir:

Leia a sentença abaixo:

Os nuclídeos instáveis podem ser ricos em prótons ou em nêutrons. Radionuclídeos ricos em próton tendem a se desintegrar de tal maneira, ______.

Assinale a alternativa que preencha corretamente a lacuna.

O gráfico a seguir representa a relação entre a energia cinética máxima de elétrons emitidos, por efeito fotoelétrico, de um material exposto a uma radiação de determinada frequência. Assinale a alternativa que indica corretamente dois valores de frequência da radiação que resultarão em emissão de elétrons.

Dentre os componentes mais comuns das substâncias ativas utilizadas na produção de protetores solares temos moléculas orgânicas, como o Avobenzone, também chamado 3 - (4-tert-Butylphenyl) - 1 - (4methoxyphenyl) propane -1,3 - dione.

Figura: Avobenzone, essa molécula tem máxima absorção por excitação óptica na faixa de 350 nm.

Em moléculas a excitação eletrônica pode levar à alterações estruturais (geométricas) na molécula, em virtude da redistribuição dos elétrons nos estados excitados em relação à distribuição no estado fundamental. O processo de alteração da geometria molecular pode então desencadear alteração na energia dos estados excitados e promover transições eletrônicas mais próximas em energia e mesmo produzir interações com o ambiente molecular. Assim, o processo de desexcitação pode ser acompanhado por uma complexa cadeia de transições eletrônicas graduais, em cascata, que resultam na emissão de fótons pouco energéticos que não oferecem riscos à estabilidade química das moléculas de DNA, como no infravermelho térmico.

Considere a energia associada à excitação por UVA de 360 nm e a energia de fótons mais energéticos da faixa do infravermelho, já seguros à saúde. Assinale a alternativa que apresenta o valor correto da diferença entre essas duas energias (com aproximação em dois algarismos significativos).

Em um experimento de laboratório, um próton se aproxima radialmente do núcleo de um átomo de Urânio com velocidade 2,0 ×10⁵ m/s quando a separação entre ambos é de 4,0 m. Sendo o núcleo atômico eletricamente positivo, este exerce uma força de módulo $F_x=\frac{\alpha }{x^2}$, contrária ao movimento do próton, em que x é a distância entre o núcleo e o próton, e α é uma constante de valor 2,12 ×10^-26Nm². Com base no enunciado e, considerando que o núcleo permaneça em repouso, assinale a alternativa que apresenta a menor distância entre as duas partículas durante a trajetória. [m_próton= 1,67 × 10^-27kg]

Uma emissão estimulada acontece quando um elétron, em estado excitado, recebe um fóton forçando seu decaimento, resultando em dois fótons que irão, cada um por si, estimular outros elétrons excitados, gerando um processo em cadeia. Esse processo dá origem

Uma partícula carregada de carga -q se move com velocidade v constante na direção de 𝑧̂ e entra numa região que tem um campo magnético estático e uniforme 𝐵𝑥̂. Indique o vetor força induzido pela Força de Lorentz na partícula: