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Física moderna: guia de estudo

Ideias principais

A física moderna descreve a luz e a matéria em escalas pequenas. A luz vem em quanta chamados fótons, as partículas têm comprimento de onda, os átomos têm níveis de energia discretos e os núcleos decaem ao acaso com meias-vidas fixas.

  • Um fóton tem energia E = hf = hc ÷ λ. Com hc = 1240 eV·nm, um comprimento de onda em nanômetros dá a energia diretamente em elétron-volts.
  • No efeito fotoelétrico K_máx = hf − φ. A frequência decide se saem elétrons; a intensidade só decide quantos.
  • Uma partícula de momento p tem comprimento de onda de De Broglie λ = h ÷ p. Os níveis do hidrogênio são E_n = −13,6 eV ÷ n², e há emissão de luz quando um elétron cai entre níveis.
  • Após cada meia-vida, metade dos núcleos restantes decai: N = N₀(½)^(t ÷ T½). Massa e energia se relacionam por E = mc².

Equações principais

  • E = hf = hc ÷ λ
  • K_max = hf − φ
  • λ = h ÷ p
  • E_n = −13.6 eV ÷ n²
  • N = N₀(½)^(t ÷ T½)
  • E = mc²

Exemplo resolvido

Luz ultravioleta de 200 nm incide sobre um metal com função trabalho 4,0 eV. A energia do fóton é 1240 ÷ 200 = 6,2 eV. A energia cinética máxima dos elétrons emitidos é 6,2 − 4,0 = 2,2 eV. A luz vermelha de 700 nm tem só 1,8 eV e não libera nenhum elétron, por mais intensa que seja.

Erros comuns

  • Achar que luz mais brilhante dá elétrons mais rápidos. Luz mais brilhante dá mais elétrons; os mais rápidos exigem frequência maior.
  • Misturar joules e elétron-volts, ou usar o comprimento de onda em metros com o valor de hc em eV·nm.
  • Acreditar que uma amostra desaparece após duas meias-vidas. Ainda resta um quarto.

Prática

Teste-se com perguntas de prática sobre este tema: Física moderna

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