Este documento é uma lista de exercícios sobre física quântica para o curso de Ciências da Natureza na Universidade Federal do Pampa. A lista contém 23 exercícios que abordam tópicos como radiação eletromagnética, efeito fotoelétrico, espalhamento Compton, dualidade onda-partícula e princípio da incerteza de Heisenberg.

1. Universidade Federal do Pampa – Campus Uruguaiana
Curso: Ciências da Natureza
Disciplina: Matéria e Radiações
Prof. Msc. Charles Guidotti
Lista de Exercícios 2 – Física Quântica
1) Coloque as radiações a seguir em ordem decrescente da energia dos fótons
correspondentes: (a) luz amarela de uma lâmpada de vapor de sódio; (b) raio
gama emitido por um núcleo radioativo; (c) onda de rádio emitida pela antena de
uma estação de rádio comercial; (d) feixe de microondas emitido pelo radar de
controle de trafego aéreo de um aeroporto.
2) Uma lâmpada ultravioleta emite luz com um comprimento de onda de 400 nm,
com uma potência de 400 W. Uma lâmpada infravermelha emite luz com um
comprimento de onda de 700 nm, também com uma potência de 400 W. (a) Qual
das duas lâmpadas emite mais fótons por segundo? (b) Quantos fótons por
segundo emite esta lâmpada?
3) A figura abaixo mostra vários gráficos, do potencial de corte em função da
frequência da luz incidente, obtidos com alvo de césio, potássio, sódio e lítio. (a)
Coloque os alvos na ordem dos valores das funções trabalho, começando pela
maior. (b) Coloque os gráficos na ordem dos valores de h, começando pelo maior.
4) Determine o valor da função trabalho Φ do Sódio a partir da figura do exercício
anterior. (R.2,3 eV)
5) A luz amarela de uma lâmpada de sódio, usada na iluminação de estradas, tem o
comprimento de onda de 589 nm. Qual a energia de um fóton emitido por uma
dessas lâmpadas? (R. 2,11 eV)

2. 6) Certo fóton de raios-X tem o comprimento de onda de 35,0 pm. Calcular: (a)
energia do fóton; (b) a sua frequência; (c) o seu momento linear. (R. (a) 35,4 keV;
(b) 8,6 x 1018
Hz; (c) 35,4 keV/c)
7) Quais são: (a) a frequência; (b) o comprimento de onda e (c) o momento de um
fóton, cuja energia é igual à energia de repouso do elétron? (R. (a) 1,24 x 1020
Hz;
(b) 2,43 pm; (c) 0,511 MeV/c)
8) O leitor precisa escolher um elemento para uma célula fotoelétrica que funcione
com luz visível. Quais dos seguintes elementos são apropriados (a função trabalho
aparece entre parênteses): Tântalo (4,2 eV); tungstênio (4,5 eV); alumínio (4,2 eV),
bário (2,5 eV), lítio (2,3 eV)?
9) Explique o efeito fotoelétrico.
10) Uma luz mais brilhante ejetará mais elétrons de uma superfície fotossensível do
que uma luz mais fraca de mesma frequência?
11) Uma luz de alta frequência ejetará um maior número de elétrons do que uma luz
de baixa frequência?
12) O que significa o termo quantum? Qual é a energia total contida em um feixe
monocromático formado por n fótons de frequência f?
13) Um feixe luminoso incide na superfície de uma placa de sódio, produzindo uma
emissão fotoelétrica. Mostre que o comprimento de onda da luz incidente pode
ser dado por .
14) Explique o efeito Compton.
15) Um feixe de raios X de comprimento de onda = 22 pm (energia dos fótons = 56
KeV) é espalhado por um alvo de carbono e o feixe espalhado é detectado a 85°
com o feixe incidente. Qual é o deslocamento de Compton do feixe espalhado? (R.
2,21 pm)
16) Compare o espalhamento de Compton de raios X (l aprox. 20 pm) e de luz visível (l
aprox. 500 nm) para um mesmo ângulo de espalhamento. Em qual dos dois casos
(a) o deslocamento de Compton é maior, (b) o deslocamento relativo do
comprimento de onda é maior, (c) a variação relativa da energia dos fótons é
maior e (d) a energia transferida para os elétrons é maior?
17) Um feixe luminoso com um comprimento de onda de 2,4 pm incide em um alvo
que contem elétrons livres. (a) Determine o comprimento de onda da luz
espalhada a 30o
com a direção do feixe incidente. (b) Faça o mesmo para um
ângulo de espalhamento de 120o
.
18) Quando a luz se comporta como uma onda? Quando ela se comporta como
partícula?

3. 19) Descreva o experimento da dupla fenda e explique os resultados alcançados pelo
mesmo.
20) Explique por que podemos pensar em um elétron, ou qualquer outra partícula,
como uma onda de matéria que transfere energia e momento a outras partículas
de matéria em eventos pontuais.
21) Qual é o comprimento de onda de de Broglie de um elétron com uma energia
cinética de 120 eV?
22) O que representa a função de onda?
23) Como determinar a função de onda Y correspondente a uma partícula?