A constante de Planck é um valor de grande importância para a Física Moderna, especialmente no contexto de quantização de energia, de forma que é considerada um dos valores fundamentais para o desenvolvimento dessa ciência.
Os estudos que descrevem a Constante de Planck, a equação de Planck e os fenômenos físicos relacionados a essas fórmulas foram inovadores para o mundo científico. Até o século XX, alguns fenômenos da natureza não tinham uma explicação documentada e, a partir desses novos conhecimentos, certas características da luz, por exemplo, puderam ser compreendidas com mais profundidade.
Neste artigo, você encontra uma breve introdução sobre a Física Moderna, com foco sobre a constante de Planck, com seu valor, principal aplicação e como utilizá-la dentro das fórmulas. Encontre, ainda, uma questão da Vunesp resolvida e comentada pelo professor de física do Estratégia Vestibulares: Henrique Goulart. Leia e saiba mais!
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Constante de Planck: qual o valor?
A constante de Planck é mensurada na unidade de Joules por segundos e representada pela letra h, com um valor de h = 6,6260.10-34J.s. Como aponta a nomenclatura, trata-se de um número constante que não se altera quando outros elementos do cálculo variam.
Essa grandeza é utilizada para medir um quantum, que é uma forma de emissão de energia em pequenas quantidades, que não eram bem mensuráveis na teorias até então propostas pela Física Clássica. Então, observou-se que, se fosse possível avaliar essas minúsculas porções de energia e associá-las ao conhecimento eletromagnético existente até o momento, os estudos eletromagnéticos poderiam avançar exponencialmente.
A descoberta desse valor é atribuída ao físico alemão Max Planck, de quem se originou o nome “constante de Planck”. A partir do momento em que conseguiu encontrar um valor consistente, que se provou real em diferentes situações eletromagnéticas, o pesquisador revolucionou o mundo científico, sendo aclamado com um Prêmio Nobel de Física no ano de 1918, cerca de 17 anos depois do lançamento da grande descoberta.
Os trabalhos do cientista foram de suma importância para o avanço da Física Quântica, que é a base para o funcionamento da maior parte dos equipamentos eletrônicos do nosso cotidiano, como computadores, televisores, celulares, inclusive a tecnologia de touch screen, ressonância magnética, entre outras tecnologias essenciais para a sociedade atual.
Como é usada a constante de Planck?
Um dos usos mais típicos da constante de Planck, do ponto de vista dos vestibulares nacionais, relaciona-se à energia associada a um fóton. Para isso, existe a equação:
E = h.v
Em que:
- h = constante de Planck;
- v = frequência das radiações eletromagnéticas; e
- E = energia.
Está proposto que o valor de energia em um fóton é sempre a multiplicação de um número inteiro por hv. Ou seja, serão sempre, 1 hv, 2 hv, 3 hv e assim sucessivamente, para cada faixa de frequência luminosa. Diante disso, é possível encontrar, ainda a fórmula:
E = n.h.v
Em que:
- n = número inteiro;
- h = constante de Planck;
- v = frequência das radiações eletromagnéticas; e
- E = energia.
Uma forma de compreender esse conteúdo é pensar que cada fóton é um pequeno pacote de energia que pode transitar nas órbitas atômicas. Então, à medida em que fazem essa movimentação, um conteúdo energético é mobilizado, e essa quantificação é realizada por meio das fórmulas anteriormente apresentadas.
Note, então, que a Física Quântica tem uma importante relação com a química. O modelo atômico proposto por Rutherford e, especialmente Niels Bohr, foram de suma importância para entender como a energia poderia se transportar dentro de um mesmo átomo, mesmo que essa estrutura seja tão pequena e microscópica. Assim, ficou definido que um fóton é emitido quando o elétron transita entre duas órbitas atômicas diferentes, como está demonstrado na figura abaixo.
Avanços do estudo quântico
Uma vez que Planck publicou seus estudos, Albert Einstein, o famoso cientista judeu, que era contemporâneo à época, interessou-se em aprofundar as teorias. Com os números e fórmulas propostas por Max, Einstein conseguiu propor uma ideia consistente sobre o efeito fotoelétrico.
O efeito fotoelétrico acontece quando frequências luminosas específicas são projetadas sobre materiais metálicos e isso permite a emissão de elétrons, com geração de energia. Atualmente, é um conhecimento utilizado para a captação de energia solar em placas fotovoltaicas, que é transformada em energia elétrica em domicílios e estabelecimentos comerciais.
Questão sobre constante de Planck
Universidade Estadual Paulista (Unesp) – 2020
A sensibilidade visual de humanos e animais encontra- -se dentro de uma estreita faixa do espectro da radiação eletromagnética, com comprimentos de onda entre 380 nm e 760 nm. É notável que os vegetais também reajam à radiação dentro desse mesmo intervalo, incluindo a fotossíntese e o crescimento fototrópico. A razão para a importância dessa estreita faixa de radiação eletromagnética é o fato de a energia carregada por um fóton ser inversamente proporcional ao comprimento de onda. Assim, os comprimentos de onda mais longos não carregam energia suficiente em cada fóton para produzir um efeito fotoquímico apreciável, e os mais curtos carregam energia em quantidade que danifica os materiais orgânicos.
(Knut Schmidt-Nielsen. Fisiologia animal: adaptação e meio ambiente, 2002. Adaptado.)
A tabela apresenta o comprimento de onda de algumas cores do espectro da luz visível:
Sabendo que a energia carregada por um fóton de frequência f é dada por E = h × f, em que h = 6,6 × 10⁻³⁴ J·s, que a velocidade da luz é aproximadamente c = 3 × 10⁸ m/s e que 1 nm = 10⁻⁹ m, a cor da luz cujos fótons carregam uma quantidade de energia correspondente a 3,96 × 10⁻¹⁹ J é
A) azul.
B) verde.
C) amarela.
D) laranja.
E) vermelha.
Resposta: Um fóton de determinada onda eletromagnética carrega uma energia que é diretamente proporcional à sua frequência, ou inversamente proporcional ao seu comprimento de onda, como pode ser observado abaixo, onde h é a Constante de Planck.
Então, o Comprimento de Onda fica:
Este valor está na faixa do Verde.
Dica: Para uma resolução mais rápida, você sempre pode arredondar valores muito quebrados. Neste caso, ao arredondar 6,6≈7 e o 3,96≈4, a resolução fica muito mais rápida, resultando em 21/4=5,25≈5.
Alternativa correta: B.
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