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Questões de Concurso sobre Teoria Quântica
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O modelo clássico da interação luz-matéria explica o fenômeno da dispersão Raman sem necessidade de mecânica quântica.
C
Certo
E
Errado
Otto Stern e Walther Gerlach, em 1922, realizaram um experimento que marcaria o avanço da física quântica ao demonstrar a quantização de certas propriedades das partículas subatômicas. No experimento, um feixe de átomos de prata foi direcionado através de um campo magnético não uniforme, revelando a separação do feixe. Esse resultado foi uma evidência direta da quantização do número quântico ___, associado ao(à) __________________________. Além disso, o experimento Stern-Gerlach contribuiu para o entendimento de que partículas subatômicas possuem propriedades quânticas não representadas pela física clássica, como o ______________, que está relacionado à interação magnética com o campo aplicado.
Assinale a alternativa que preenche, correta e respectivamente, as lacunas do trecho acima.
A
𝑙 – nível de energia ou camada em que o elétron está localizado – momento magnético orbital
B
𝑙 – subnível ou orbital em que o elétron está localizado – momento angular orbital
C
𝑚𝑙 – orientação espacial específica do orbital – momento magnético orbital
D
𝑚𝑙 – orientação espacial específica do orbital – spin
E
𝑚𝑠 – sentido de rotação intrínseco do elétron em torno de seu próprio eixo – spin
A constante de Planck, representada por h, é uma das constantes fundamentais da física e possui um papel fundamental na mecânica quântica, cuja origem permitiu a descrição da quantização de energia.
Sua existência permite, por exemplo, determinar o comprimento de onda da luz emitida por um led, ao considerar a emissão de um fóton, por meio da aplicação de uma diferença de potencial de corte entre os terminais do LED e o consequente salto de seus elétrons nas lacunas das bandas de condução e valência, respectivamente. Essa obtenção pode ser feita a partir da relação de quantização E=h , sendo h = 6,626.10-34 J.s.
Ao realizar um experimento, um estudante obteve uma tensão de corte de 2,42V, à qual estava submetido o LED. Considere a carga do elétron e dados do vácuo.
Qual o comprimento de onda obtido para o LED do experimento submetido a essa tensão, aproximadamente?
A
633,3 nm.
B
608,7 nm.
C
513,3 nm.
D
478,5 nm.
O século XX pode ser caracterizado como um período de intensos debates em torno da epistemologia das ciências. Dentre as diversas contribuições epistemológicas, quatro considerações de epistemólogos distintos são mencionadas abaixo:
I. É preciso propor teorias ousadamente, tentar refutá-las, aceitá-las provisoriamente, considerando que todas elas são tentativas conjecturais hipotéticas.
II. O avanço do conhecimento científico se dá por meio da constante substituição de programas de pesquisa científica regressivos por programas de pesquisa progressivos e, por consequência, pela substituição de hipóteses.
III. Tanto o empirismo quanto o racionalismo, quando tomados de forma extrema, tornam-se obstáculos epistemológicos, enfraquecendo a filosofia da ciência e o avanço do conhecimento científico.
IV. A ciência progride por meio da violação de regras metodológicas em detrimento ao princípio absoluto de obediência a uma única regra e às tradições rígidas dos padrões universais de validade.
Essas proposições são defendidas por diferentes epistemólogos do século XX, os quais estão listados corretamente na sequência das proposições:
A
Popper, Lakatos, Bachelard e Feyerabend.
B
Bachelard, Popper, Lakatos e Feyerabend.
C
Lakatos, Popper, Feyerabend e Bachelard.
D
Feyerabend, Bachelard, Popper e Lakatos.
Dentre as teorias epistemológicas do século XX, estão as teorias de Thomas Kuhn e sua obra Estrutura das Revoluções Científicas. Nas contribuições de Kuhn, são encontrados termos como: paradigma, ciência normal, revolução científica e incomensurabilidade.
A respeito dessas contribuições, analise as proposições a seguir, utilizando o código abaixo:
I. paradigma;
II. ciência normal;
III. revolução científica;
IV. incomensurabilidade.
( ) Termo utilizado para descrever quando começam a ocorrer investigações extraordinárias devido às anomalias em uma determinada teoria científica, abrindo-se assim espaço para outra teoria científica.
( ) Termo utilizado para descrever as realizações científicas universalmente reconhecidas que, durante certo período, fornecem métodos e soluções exemplares para um determinado campo da ciência.
( ) Termo utilizado para descrever as pesquisas consolidadas, baseadas em outras realizações científicas, que não possuem o objetivo de descobrir novidades no campo dos fatos e teorias, sendo assim uma atividade cumulativa.
( ) Termo utilizado para descrever a não compatibilidade entre as teorias científicas emergentes em relação às teorias predecessoras, devido à diferença na forma de entender e explicar os fenômenos científicos.
A associação correta, de cima para baixo, é:
A
I, II, III, IV.
B
III, I, II, IV.
C
I, IV, III, II.
D
III, IV, II, I.
A abordagem Ciência-Tecnologia-Sociedade (CTS) no ensino das Ciências pode ser entendida como o campo de ação do movimento CTS junto à educação. Esse movimento teve suas origens na Europa e na América do Norte, em uma época de grandes avanços científicos e tecnológicos, norteado por um modelo tradicional que entendia a ciência e a tecnologia como entidades neutras.
É correto afirmar que o ensino das Ciências, pautado pela abordagem CTS, visa
A
valorizar a importância da ciência e da tecnologia, de uma forma linear, como promotoras de bem-estar social e melhor qualidade de vida para as sociedades.
B
proporcionar o entendimento de como ocorre o desenvolvimento científico e suas teorias, destacando a ciência como resultado de uma ação neutra e impessoal.
C
organizar os currículos escolares priorizando conhecimentos científico-tecnológicos e a formação de futuros cientistas.
D
Formar, por meio do entendimento do verdadeiro papel da ciência e da tecnologia, um cidadão crítico, capaz de tomar decisões responsáveis frente às questões que envolvem a ciência e a tecnologia junto à sociedade.
Um feixe de luz ultravioleta, com comprimento de onda de 200 nm, incide sobre uma superfície metálica com função trabalho de 4,0 eV. Simultaneamente, um feixe de raios X, com comprimento de onda de 0,10 pm, incide sobre um elétron livre. Considerando que: a Constante de Planck ℎ = 6,626 × 10−34 J.s, a velocidade da luz c = 3,0 × 108 m/s, a relação entre eletrovolts e joule é 1eV = 1,602 × 10−19 J e a constante de Compton é 2,43 × 10−12 m. Nesse contexto, a energia cinética máxima dos fotoelétrons emitidos pela superfície metálica e o novo comprimento de onda do fóton de raios X espalhado a 90° em relação à direção incidente são respectivamente
A
6,2 eV e 1,00 pm.
B
4,0 eV e 2,43 pm.
C
2,2 eV e 2,53 pm.
D
8,4 eV e 2,33 pm.
A indústria metalúrgica “TermoFusão S.A.” busca aperfeiçoar o controle de temperatura em seus fornos de fusão de ligas metálicas. Os sensores convencionais de contato sofrem degradação rápida em altas temperaturas, levando a medições imprecisas. Para resolver o problema, a equipe de engenharia passou a investigar métodos ópticos de medição baseados na radiação térmica emitida pelas superfícies aquecidas. Durante esse processo, os engenheiros perceberam que, para descrever corretamente o espectro de emissão observado, era necessário recorrer a um modelo teórico que superasse as limitações das leis clássicas, como a de Rayleigh-Jeans, que previa um aumento indefinido da energia com a frequência. Esse paradoxo ficou conhecido como catástrofe do ultravioleta. Inspirando-se em estudos do início do século XX, a equipe retomou o modelo de corpo negro e as ideias propostas por Max Planck, que introduziu a quantização da energia trocada entre matéria e radiação.
Com base nesse contexto físico e histórico, assinale a alternativa que descreve corretamente o significado e as consequências da hipótese de Planck.
A
A quantização introduzida por Planck implicava diretamente a natureza corpuscular da radiação eletromagnética, antecipando o conceito de fóton proposto por Einstein em 1905.
B
A lei de Rayleigh-Jeans é válida apenas em altas frequências, sendo a hipótese de Planck necessária para corrigir o espectro em baixas frequências.
C
A dedução da lei de Planck baseou-se na quantização da energia dos osciladores nas paredes do corpo negro, tratada inicialmente como uma hipótese estatística, e não na quantização da própria radiação.
D
A fórmula de Planck substituiu completamente a lei de Rayleigh-Jeans que não possui validade em nenhum regime de frequência.
E
Na teoria quântica de Planck, a energia média por modo de oscilação aumenta exponencialmente com a frequência, o que explica a catástrofe do ultravioleta.
Analise as afirmações a seguir sobre a física quântica:
I. Assim como os fótons, elétrons também podem se comportar como ondas formando figuras de interferência em fenda dupla.
II. Assim como os elétrons, fótons possuem momento linear, podendo colidir com partículas, gerando espalhamento.
III. No efeito fotoelétrico, a função trabalho de um material corresponde à energia mínima do fóton capaz de retirar elétrons desse material.
IV. Se a energia de um fóton é de 8 eV, são necessários, pelo menos, 2 desses fótons para ocorrer o efeito fotoelétrico num material de função trabalho igual a 16 eV.
V. Um elétron de energia cinética menor que o valor da altura de uma barreira de potencial, colocada em sua trajetória, possui mais chances de atravessar por Efeito Túnel quanto menor for a largura dessa barreira.
São VERDADEIRAS apenas as afirmativas:
A
I, II, III e V.
B
I, II, IV e V.
C
III e V.
D
II e IV.
E
II, IV e V.
Sobre a espectroscopia rotacional, assinale a alternativa INCORRETA.
A
Ao contrário de outras técnicas espectroscópicas que admitem amostras em fase condensada, a espectroscopia rotacional, também chamada de espectroscopia de micro-ondas, exige que a espécie de interesse esteja em fase gasosa, permitindo a obtenção dos ângulos e comprimentos de ligação.
B
Para uma transição rotacional, a regra de seleção geral é que a molécula possua momento de dipolo permanente, e a regra de seleção específica é ΔJ = ±1, onde J corresponde ao número quântico associado ao momento angular de rotação da molécula.
C
Um espectro de rotação apresenta uma série de linhas com a separação equivalente a 2B, sendo B a constante rotacional.
D
O grau de degenerescência para cada valor de J em espectroscopia rotacional é dado por 2J+3.
E
Admite-se, em primeira aproximação, que as moléculas se comportam de acordo com o modelo do rotor rígido, o qual prevê quatro tipos de rotores: lineares com 1 momento de inércia nulo, esféricos com 3 momentos de inércia iguais, simétricos com 2 momentos de inércia iguais e assimétricos com 3 momentos de inércia diferentes.
Sobre a relação entre a teoria quântica e a espectroscopia, assinale a alternativa correta.
A
No efeito fotoelétrico, se a energia do fóton que atinge a superfície do metal é maior do que a sua função trabalho, nenhum elétron é ejetado, porque a radiação não tem a energia potencial específica.
B
No efeito fotoelétrico, a energia cinética do elétron ejetado aumenta linearmente com a frequência da radiação incidente.
C
Uma consequência da quantização da energia é que as linhas dos espectros de absorção e de emissão têm frequências diferentes.
D
A hipótese de Planck de que a energia é quantizada levou à “catástrofe do ultravioleta”.
E
Uma outra consequência da quantização da energia é que no estado fundamental, ou seja, no menor nível energético, a energia do elétron é zero.
Considere um sistema quântico de dimensão 3 cujo Hamiltoniano é dado por H=V0⎣⎢⎡1−δ0001δ0δ2⎦⎥⎤ em que 𝑉0 é uma constante e 𝛿 ≪ 1.
Utilizando teoria de perturbação para encontrar os autovalores a partir do Hamiltoniano não pertubado (𝛿 =0) , as correções de primeira ordem para os dois auto-valores degenerados são iguais a:
A
V0 (1 + 𝛿), V0
B
V0 (1 + 𝛿), V0 ( 1 - 𝛿)
C
V0, - V0
D
V0 (1 - 𝛿), V0
E
V0 (1 + 𝛿), - V0
Ano:
2024
Banca:
JVL Concursos
O conceito de multiverso tem sido uma ferramenta narrativa poderosa na indústria cinematográfica, permeando uma gama de gêneros e franquias, o multiverso oferece aos cineastas a liberdade de explorar infinitas possibilidades criativas. Esse conceito não apenas amplia o escopo das narrativas, mas também cativa e desafia o público, convidando-o a mergulhar em mundos cinematográficos ricos e complexos. Qual das seguintes afirmações descreve a teoria física do multiverso?
A
O multiverso é uma hipótese que propõe a existência de múltiplos universos, cada um com suas próprias leis físicas e condições iniciais, que se formaram a partir de diferentes eventos de criação.
B
O multiverso é uma interpretação da mecânica quântica que sugere a existência de infinitos universos paralelos, onde cada possível resultado de uma situação ocorre em um universo separado.
C
O multiverso é uma concepção cosmológica que postula a existência de uma infinidade de universos independentes, cada um com sua própria história cósmica e evolução, resultante de diferentes configurações iniciais do espaço-tempo.
D
O multiverso é uma teoria da gravidade quântica que prevê a existência de múltiplos universos conectados através de túneis espaço-temporais, onde a interação entre eles pode influenciar o destino de nosso próprio universo.
Em 1913, o físico dinamarquês Niels Bohr apresentou um novo modelo para o átomo de hidrogênio. Seu modelo superou as dificuldades do modelo planetário desenvolvido por Rutherford. Bohr considerou as ideias dos níveis de energia quantizada, concebida por Planck, aos elétrons em órbita atômica imaginado por Rutherford. A teoria de Bohr teve sua relevância para o desenvolvimento da Física quântica. Sobre o modelo de Bohr para o átomo de hidrogênio, podemos afirmar que:
A
As dimensões da órbita do elétron em torno do próton são arbitrárias.
B
O elétron, orbitando o próton, sempre emite radiação, visto que se trata de uma carga elétrica acelerada.
C
O elétron não emite energia na forma de radiação quando está em uma órbita estável, ou estado estacionário, em torno do próton.
D
Ao receber uma quantidade arbitrária de energia na forma de radiação, o elétron altera sua órbita em torno do próton.
E
As dimensões da órbita do elétron em terno do próton são determinadas pela carga elétrica do elétron.
Em relação aos espectros de infravermelho, assinale a alternativa INCORRETA.
A
De modo geral, a região de 4.000 a 1.300 cm-1 em espectros de infravermelho é frequentemente chamada de região dos grupos funcionais.
B
A ausência de bandas de absorção nas regiões características de certos grupos funcionais é frequentemente utilizada como evidência da inexistência desses grupos na estrutura. No entanto, isso nem sempre é verdadeiro.
C
A região de “impressão digital” do espectro de infravermelho é frequentemente complexa devido à presença de bandas originárias de modos de vibração acoplados.
D
A região entre 900 e 650 cm-1 é comumente conhecida como a região da “impressão digital”.
E
De modo geral, compostos aromáticos e heteroaromáticos produzem bandas na região de 900 a 650 cm-1 em espectros de infravermelho, as quais são originárias das deformações angulares fora do plano das ligações carbono-hidrogênio e dos anéis.
Sobre as vibrações moleculares, assinale a alternativa INCORRETA.
A
Uma vibração molecular é ativa no infravermelho somente se a interação com a radiação resultar em uma mudança no momento dipolar da molécula.
B
Para uma transição vibracional, a regra de seleção geral é que o momento de dipolo da molécula se altere quando os átomos vibram. A regra de seleção específica é ΔJ = ±1, válida dentro da aproximação harmônica.
C
As curvas de energia potencial em função da distância interatômica para osciladores harmônicos e anarmônicos se aproximam à medida que aumenta o nível quântico vibracional (J).
D
Em números quânticos altos, a diferença de energia entre os estados quânticos vibracionais se torna menor, e a regra de seleção específica não é seguida rigorosamente, e transições ΔJ = ± 2 ou ± 3 podem ser observadas.
E
Considera-se que as transições no infravermelho são puramente vibracionais, enquanto aquelas no ultravioleta/visível são de natureza vibrônica.
O modelo atômico do átomo de hidrogênio proposto por Niels Bohr, em 1913, apresentava o conceito de nuvem eletrônica, posteriormente reformado no contexto da física quântica.
C
Certo
E
Errado
Os fenômenos quânticos são de natureza aleatória, de forma que o resultado de um experimento só pode ser previsto probabilisticamente.
C
Certo
E
Errado
O interferômetro de Michelson é utilizado para medir comprimentos de onda da luz com grande precisão, a partir da contagem do número de franjas que se deslocam na figura de interferência.
C
Certo
E
Errado
A expressão empírica de Rydberg-Ritz prevê os comprimentos de onda das linhas espectrais elementares:
onde m e n são inteiros, e R é a constante de Rydberg.
A constante de Rydberg para o hidrogênio, RH, é igual a 1,096776 x 107 m-1.
As 3 primeiras transições de absorção devido a hidrogênio nos espectros mostrados são, respectivamente, em torno de
A
653 nm; 588 nm; e 518 nm.
B
867 nm; 853 nm; e 653 nm.
C
653 nm; 488 nm; e 437 nm.
D
853 nm; 653 nm; e 588 nm.
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