O efeito fotoelétrico forneceu evidências experimentais para algumas das hipóteses que fundamentam a Mecânica Quântica: as energias dos estados físicos de um sistema fechado não assumem qualquer valor, mas valores discretos; além disso, a radiação eletromagnética, que possui um comportamento dual, ora comportando-se como onda ora como partícula (fotons), tem energia (E) proporcional à frequência (1), E = h.f, em que h=6,626.10-34 Joule x segundo, conhecida como constante de Planck. Suponha que, na média, cada fóton liberado pela chama de um fogão tenha uma frequência f= 6,79 .10¹4 Hz.
Assinale a alternativa que melhor expressa o número de fótons absorvidos por um litro de água quando passa de 14,55 °C para 15,50 °C. (Cágua = 4,18 J/g °C)
a) 10² fótons. b) 105 fotons. c) 10¹2 fótons. d) 10¹6 fótons. e) 10 22 fotons
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Resposta:
a alternativa correta é a letra e) 10^22 fótons.
Explicação:
Primeiro, vamos calcular o aumento de energia da água quando passa de 14,55 °C para 15,50 °C. Utilizaremos a fórmula:
ΔE = m * C * ΔT
Onde:
ΔE é a variação de energia
m é a massa da água em gramas
C é o calor específico da água
ΔT é a variação de temperatura
Considerando um litro de água, que possui uma massa de 1000 gramas, temos:
ΔE = 1000 g * 4,18 J/g °C * (15,50 °C - 14,55 °C)
ΔE = 1000 g * 4,18 J/g °C * 0,95 °C
ΔE = 3971 J
Agora, vamos calcular o número de fótons absorvidos utilizando a fórmula:
N = ΔE / (h * f)
Onde:
N é o número de fótons
ΔE é a variação de energia calculada anteriormente
h é a constante de Planck
f é a frequência do fóton
Substituindo os valores na fórmula, temos:
N = 3971 J / (6,626 * 10^-34 J s * 6,79 * 10^14 Hz)
N ≈ 9,98 * 10^21 fótons
Portanto, a alternativa correta é a letra e) 10^22 fótons.