{"id":111486,"date":"2024-02-01T13:00:00","date_gmt":"2024-02-01T16:00:00","guid":{"rendered":"https:\/\/vestibulares.estrategia.com\/portal\/?p=111486"},"modified":"2024-09-26T09:31:36","modified_gmt":"2024-09-26T12:31:36","slug":"quantizacao-de-energia","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/vestibulares.estrategia.com\/portal\/materias\/fisica\/quantizacao-de-energia\/","title":{"rendered":"Quantiza\u00e7\u00e3o de energia: o que \u00e9, modelo de Bohr e quest\u00e3o de vestibular"},"content":{"rendered":"<p>A f&iacute;sica e a qu&iacute;mica qu&acirc;ntica s&atilde;o duas &aacute;reas da ci&ecirc;ncia moderna que estudam o comportamento da luz, considerando que um feixe luminoso &eacute; composto por min&uacute;sculas part&iacute;culas. Cada uma dessas pequenas por&ccedil;&otilde;es possuem um conte&uacute;do energ&eacute;tico, que &eacute; estudado a partir da quantiza&ccedil;&atilde;o de energia.&nbsp;<p>Neste artigo, entenda aspectos b&aacute;sicos da quantiza&ccedil;&atilde;o de energia, como esses conceitos se relacionam com o modelo at&ocirc;mico proposto por Rutherford-Bohr, al&eacute;m de entender como &eacute; aplicado no cotidiano da sociedade atual. Por fim, veja como esse tema pode ser cobrado nos vestibulares nacionais, com uma quest&atilde;o resolvida por especialistas do Estrat&eacute;gia Vestibulares.<\/p><div id=\"ez-toc-container\" class=\"ez-toc-v2_0_76 counter-hierarchy ez-toc-counter ez-toc-transparent ez-toc-container-direction\">\n<div class=\"ez-toc-title-container\"><p class=\"ez-toc-title\" style=\"cursor:inherit\">Navegue pelo conte\u00fado<\/p>\n<\/div><nav><ul class='ez-toc-list ez-toc-list-level-1 ' ><li class='ez-toc-page-1 ez-toc-heading-level-2'><a class=\"ez-toc-link ez-toc-heading-1\" href=\"https:\/\/vestibulares.estrategia.com\/portal\/materias\/fisica\/quantizacao-de-energia\/#O-que-e-quantizacao-de-energia\" >O que &eacute; quantiza&ccedil;&atilde;o de energia?<\/a><\/li><li class='ez-toc-page-1 ez-toc-heading-level-2'><a class=\"ez-toc-link ez-toc-heading-2\" href=\"https:\/\/vestibulares.estrategia.com\/portal\/materias\/fisica\/quantizacao-de-energia\/#Modelo-de-Rutherford-Bohr-e-quantizacao-de-energia\" >Modelo de Rutherford-Bohr e quantiza&ccedil;&atilde;o de energia<\/a><\/li><li class='ez-toc-page-1 ez-toc-heading-level-2'><a class=\"ez-toc-link ez-toc-heading-3\" href=\"https:\/\/vestibulares.estrategia.com\/portal\/materias\/fisica\/quantizacao-de-energia\/#Aplicacoes-da-quantizacao-de-energia-no-cotidiano\" >Aplica&ccedil;&otilde;es da quantiza&ccedil;&atilde;o de energia no cotidiano<\/a><\/li><li class='ez-toc-page-1 ez-toc-heading-level-2'><a class=\"ez-toc-link ez-toc-heading-4\" href=\"https:\/\/vestibulares.estrategia.com\/portal\/materias\/fisica\/quantizacao-de-energia\/#Questao-de-vestibular-sobre-quantizacao-de-energia\" >Quest&atilde;o de vestibular sobre quantiza&ccedil;&atilde;o de energia<\/a><\/li><li class='ez-toc-page-1 ez-toc-heading-level-2'><a class=\"ez-toc-link ez-toc-heading-5\" href=\"https:\/\/vestibulares.estrategia.com\/portal\/materias\/fisica\/quantizacao-de-energia\/#Estude-mais-com-a-Coruja\" >Estude mais com a Coruja!<\/a><\/li><\/ul><\/nav><\/div>\n<h2 class=\"wp-block-heading\" id=\"h-o-que-e-quantizacao-de-energia\"><span class=\"ez-toc-section\" id=\"O-que-e-quantizacao-de-energia\"><\/span>O que &eacute; quantiza&ccedil;&atilde;o de energia?<span class=\"ez-toc-section-end\"><\/span><\/h2><h3 class=\"wp-block-heading\" id=\"h-fisica-moderna-e-quantizacao-de-energia\">F&iacute;sica moderna e quantiza&ccedil;&atilde;o de energia<\/h3><p>A f&iacute;sica cl&aacute;ssica &eacute; a ci&ecirc;ncia que estuda as transforma&ccedil;&otilde;es que ocorrem em n&iacute;vel macrosc&oacute;pico, como a movimenta&ccedil;&atilde;o dos corpos, flutua&ccedil;&atilde;o de objetos em fluidos, reflex&atilde;o e refra&ccedil;&atilde;o dos raios luminosos, entre outros fen&ocirc;menos f&iacute;sicos da natureza.&nbsp;<\/p><p>Em dado momento da hist&oacute;ria, a partir do s&eacute;culo XIX, aumentou-se, ent&atilde;o, a curiosidade sobre os eventos que ocorrem em ambientes n&atilde;o vis&iacute;veis a olhos nu, e assim surgiu a f&iacute;sica e a qu&iacute;mica modernas. Um dos temas explorados &eacute; o comportamento da luz em ambientes microsc&oacute;picos, especialmente em um ramo da ci&ecirc;ncia moderna que &eacute; a f&iacute;sica qu&acirc;ntica.<\/p><h3 class=\"wp-block-heading\" id=\"h-conceito-de-quantizacao-de-energia\">Conceito de quantiza&ccedil;&atilde;o de energia<\/h3><p>A quantiza&ccedil;&atilde;o de energia, ent&atilde;o, &eacute; um processo que s&oacute; pode ser contemplado a n&iacute;vel microsc&oacute;pico. Nesse caso, os feixes luminosos s&atilde;o estudados como um conjunto de pequenas part&iacute;culas que est&atilde;o sempre em movimento e que permitem uma intera&ccedil;&atilde;o da luz com os &aacute;tomos da mat&eacute;ria.&nbsp;<\/p><p>Diferentemente dos modelos da &oacute;ptica geom&eacute;trica, aqui, a luz n&atilde;o &eacute; estudada apenas como uma onda eletromagn&eacute;tica, que possui velocidade de propaga&ccedil;&atilde;o, comprimento de onda e frequ&ecirc;ncia. Mas tamb&eacute;m como um grupo de part&iacute;culas que podem interagir com outras part&iacute;culas e com os &aacute;tomos.&nbsp;<\/p><p>Nesse contexto, cada f&oacute;ton que constitui um raio luminoso possui uma energia agregada em si, que se movimenta constantemente. Quando a luz est&aacute; em intera&ccedil;&atilde;o com um &aacute;tomo, &eacute; poss&iacute;vel que os f&oacute;tons transitem dentro da &oacute;rbita eletr&ocirc;nica e, assim, permitam a transfer&ecirc;ncia de energia.&nbsp;<\/p><h3 class=\"wp-block-heading\" id=\"h-constante-de-planck\">Constante de Planck<\/h3><p>A energia liberada ou absorvida pelo &aacute;tomo pode ter um valor atribu&iacute;do, como a energia de cada f&oacute;ton. Por meio de estudos e experimentos, um f&iacute;sico alem&atilde;o chamado Max Planck concluiu que existe um valor constante atribu&iacute;do aos f&oacute;tons (h) e que &eacute; multiplicado conforme a frequ&ecirc;ncia do raio luminoso (f), o resultado dessa multiplica&ccedil;&atilde;o &eacute; a energia (E) atribu&iacute;da a um f&oacute;ton espec&iacute;fico, como demonstra a f&oacute;rmula abaixo.<\/p><p class=\"has-text-align-center\">E = h.f&nbsp;<\/p><p class=\"has-text-align-center\">E: energia do f&oacute;ton<\/p><p class=\"has-text-align-center\">h: <a href=\"https:\/\/vestibulares.estrategia.com\/portal\/materias\/fisica\/constante-de-planck\/\" target=\"_blank\">constante de Planck <\/a>(h = 6,6 &times; 10<sup>-34 <\/sup>m<sup>2<\/sup> kg \/ s)<\/p><p class=\"has-text-align-center\">f = frequ&ecirc;ncia do raio luminoso<\/p><h2 class=\"wp-block-heading\" id=\"h-modelo-de-rutherford-bohr-e-quantizacao-de-energia\"><span class=\"ez-toc-section\" id=\"Modelo-de-Rutherford-Bohr-e-quantizacao-de-energia\"><\/span>Modelo de Rutherford-Bohr e quantiza&ccedil;&atilde;o de energia<span class=\"ez-toc-section-end\"><\/span><\/h2><p>O <a href=\"https:\/\/vestibulares.estrategia.com\/portal\/materias\/quimica\/modelos-atomicos\/\" target=\"_blank\">modelo at&ocirc;mico <\/a>que permitiu compreender melhor a quantiza&ccedil;&atilde;o de energia foi o criado por Rutherford-Bohr, mas especificamente as contribui&ccedil;&otilde;es de Niels Bohr se relacionam muito com a transmiss&atilde;o de pacotes de energias em f&oacute;tons.&nbsp;<\/p><p>Nessa estrutura at&ocirc;mica, os el&eacute;trons transitam em &oacute;rbitas eletr&ocirc;nicas que possuem um valor espec&iacute;fico, ent&atilde;o, &agrave; medida que pequenos pacotes de energia transitam entre uma trajet&oacute;ria orbit&aacute;ria e outra, h&aacute; libera&ccedil;&atilde;o de energia.<\/p><div class=\"wp-block-image\">\n<figure class=\"aligncenter\"><img decoding=\"async\" src=\"https:\/\/lh7-us.googleusercontent.com\/sSWJ10qs06F-D9rXLNzTMl0B9Wi881ZPtisOreFiGWlqewVhUwLwxWLKOTFVuP2vw3ycf4aKOpr2gMEJI9Ccb0DzhV9Y6pGZoBbcIoopqTB8o9M9rOUGIJn7onh-MOKOdcoaJjO5GCPsydkvWy7AjAA\" alt=\"quantiza&ccedil;&atilde;o de energia no &aacute;tomo\"><figcaption class=\"wp-element-caption\">Imagem: Reprodu&ccedil;&atilde;o\/Wikimedia<\/figcaption><\/figure><\/div><p>Observe na imagem acima que, quanto mais afastada do centro nuclear, maior a energia presente nas &oacute;rbitas eletr&ocirc;nicas. Note, ainda, que a emiss&atilde;o de um f&oacute;ton &eacute; dada pela mudan&ccedil;a de um anel para outro, de forma que a energia liberada &eacute; resultado da diferen&ccedil;a de capacidade eletr&ocirc;nica de cada &oacute;rbita.&nbsp;<\/p><h2 class=\"wp-block-heading\" id=\"h-aplicacoes-da-quantizacao-de-energia-no-cotidiano\"><span class=\"ez-toc-section\" id=\"Aplicacoes-da-quantizacao-de-energia-no-cotidiano\"><\/span>Aplica&ccedil;&otilde;es da quantiza&ccedil;&atilde;o de energia no cotidiano<span class=\"ez-toc-section-end\"><\/span><\/h2><p>Uma das aplica&ccedil;&otilde;es mais importantes da quantiza&ccedil;&atilde;o de energia est&aacute; no efeito fotoel&eacute;trico desenvolvido por Albert Einstein no s&eacute;culo passado. Nesse processo f&iacute;sico e qu&iacute;mico, a emiss&atilde;o de raios luminosos sobre um metal, em frequ&ecirc;ncias espec&iacute;ficas, permite a emiss&atilde;o de el&eacute;trons e gera&ccedil;&atilde;o de energia.&nbsp;<\/p><p>Com essa movimenta&ccedil;&atilde;o dos f&oacute;tons e el&eacute;trons, a energia gerada pode ser armazenada para utiliza&ccedil;&atilde;o futura. Uma das aplica&ccedil;&otilde;es mais famosas s&atilde;o as placas de capta&ccedil;&atilde;o da energia solar, que permitem o aquecimento de chuveiros e a transmiss&atilde;o de energia el&eacute;trica em diversos locais do mundo, inclusive em pa&iacute;ses tropicais com grande incid&ecirc;ncia solar, como o Brasil.&nbsp;<\/p><h2 class=\"wp-block-heading\" id=\"h-questao-de-vestibular-sobre-quantizacao-de-energia\"><span class=\"ez-toc-section\" id=\"Questao-de-vestibular-sobre-quantizacao-de-energia\"><\/span>Quest&atilde;o de vestibular sobre quantiza&ccedil;&atilde;o de energia<span class=\"ez-toc-section-end\"><\/span><\/h2><p>Fuvest &ndash; Segunda Fase (2022)<\/p><p>O laser consiste em uma fonte de luz coerente e monocrom&aacute;tica, sendo largamente utilizado em leitores de c&oacute;digos de barras e tamb&eacute;m em aplica&ccedil;&otilde;es na f&iacute;sica, na medicina e em outras &aacute;reas. Seu princ&iacute;pio de funcionamento &eacute; baseado na emiss&atilde;o estimulada de f&oacute;tons. Em um tipo comum de laser, uma quantidade de &aacute;tomos &eacute; excitada para um estado de energia E&#8322;. Em seguida, alguns desses &aacute;tomos s&atilde;o estimulados a decair para um estado de energia menor E&#8321;, emitindo um f&oacute;ton com energia dada pela diferen&ccedil;a entre E&#8322; e E&#8321;. De modo similar, esse decaimento estimula outros &aacute;tomos a emitir f&oacute;tons formando um processo em cadeia com gera&ccedil;&atilde;o de luz.<\/p><figure class=\"wp-block-image\"><img decoding=\"async\" src=\"https:\/\/lh7-us.googleusercontent.com\/Oac35CZ0XNdGoF_lIxvFVyPH9Lx9BAmGl-cTV9oLA_R7_Im3Z0weKzDYR5xTD-oOmnhgdi9AZbJPMO1pSQEeEHpu1ul5JYixAyFdIBRchrKiCJDExT2FGhrhpI28z6YbWIH5qIMYyYIc77OUJMsQWzM\" alt=\"Quest&atilde;o de vestibular sobre quantiza&ccedil;&atilde;o de energia\"><\/figure><p>Note e adote:<\/p><p>A energia E de um f&oacute;ton relaciona-se com sua frequ&ecirc;ncia f por meio da rela&ccedil;&atilde;o E = hf, onde h = 4 &times; 10&#8315;&sup1;&#8309; eV.s e a frequ&ecirc;ncia &eacute; dada em Hz.&nbsp;<\/p><p>Velocidade da luz no v&aacute;cuo: c = 3 &times; 10&#8312; m\/s.<\/p><p>Legenda para dalt&ocirc;nicos: Gr&aacute;fico do espectro vis&iacute;vel com cores em fun&ccedil;&atilde;o do comprimento de onda, que se inicia no azul (lado esquerdo a 400 nm), passando pelo verde (500 nm), amarelo (550 nm), laranja (600 nm) e terminando no vermelho (lado direito a 700 nm).<\/p><p><strong>A) <\/strong>Qual tipo de laser emite f&oacute;tons com maior energia: o de luz vermelha ou o de luz azul? Justifique sua resposta.<\/p><p><strong>Resposta correta poss&iacute;vel: <\/strong>Do enunciado, temos que a energia de um f&oacute;ton &eacute; dada por:<\/p><p>E= h&sdot;f= (h&sdot;v)\/&lambda;<\/p><p>Como o comprimento de onda e a energia do f&oacute;ton s&atilde;o grandezas inversamente proporcionais, quanto menor for o &lambda;, maior ser&aacute; a E. Dessa forma, o f&oacute;ton com maior energia ser&aacute; o que apresenta o menor comprimento de onda. Ent&atilde;o, o laser que emite f&oacute;tons com maior energia &eacute; o de luz azul.<\/p><p><strong>B)<\/strong> Determinannotation&rdquo;&gt;cement-d0673e35-078a-4100-bd59-4de80589b8e8&Prime; class=&rdquo;textannotation&rdquo;&gt;e a frequ&ecirc;ncia (em Hz) de um f&oacute;ton com comprimento de onda na regi&atilde;o de cor laranja mostrada na figura.<\/p><p><strong>Resposta correta poss&iacute;vel: <\/strong>Dos conhecimentos de ondulat&oacute;ria, temos que:<\/p><p>v = &lambda;.&fnof;<br>3.10<sup>8<\/sup> = 600 . 10<sup>-9<\/sup> . &fnof;<br>&fnof; = 5 . 10<sup>14<\/sup> Hz<\/p><p><strong>C) <\/strong>Determine o comprimento de onda de um f&oacute;ton (em nm) considerando um laser cujas energias E&#8322; e E&#8321; correspondem aproximadamente a 20,2 eV e 18,7 eV, respectivamente.<\/p><p><strong>Resposta correta poss&iacute;vel: <\/strong>Do enunciado, temos que a energia de um f&oacute;ton &eacute; dada por&nbsp;<\/p><p>E= h&sdot;f= (h&sdot;v)\/&lambda;<\/p><p>Como o laser &eacute; gerado pela diferen&ccedil;a entre duas energias E<sub>2<\/sub>&nbsp; e E<sub>1<\/sub>, ent&atilde;o &eacute; poss&iacute;vel construir o c&aacute;lculo em que&nbsp;<\/p><p>E<sub>2<\/sub> &ndash; E<sub>1<\/sub> = (h&sdot;v)\/&lambda;<\/p><p>Como trata-se da velocidade da luz, pode-se substituir v = c = 3.10<sup>8<\/sup> m\/s<\/p><p>E<sub>2<\/sub> &ndash; E<sub>1<\/sub> = (h&sdot;c)\/&lambda;<\/p><p>Com a substitui&ccedil;&atilde;o dos valores, tem-se que<\/p><p>20,2 &ndash; 18,7 = (4.10<sup>-15<\/sup>&sdot;3.10<sup>8<\/sup>)\/&lambda;<br>20,2 &ndash; 18,7 = (4.10<sup>-15<\/sup>&sdot;3.10<sup>8<\/sup>)\/&lambda;<br>1,5 = (12.10<sup>-7<\/sup>)\/&lambda;<br>1,5.&lambda; = 12.10<sup>-7<\/sup><br>&lambda; = 12.10<sup>-7<\/sup>\/1,5<br>&lambda; = 12.10<sup>-7<\/sup>\/1,5<br>&lambda; = 8.10<sup>-7<\/sup><\/p><p>Para converter o valor encontrado em ordens de grandeza comuns da f&iacute;sica, &eacute; poss&iacute;vel manipul&aacute;-lo assim:&nbsp;<\/p><p>&lambda; = 800.10<sup>-9 <\/sup>, garantindo que 10<sup>-9<\/sup> &eacute; nano (&#3607;), a resposta seria 800 &#3607;m.&nbsp;<\/p><h2 class=\"wp-block-heading\" id=\"h-estude-mais-com-a-coruja\"><span class=\"ez-toc-section\" id=\"Estude-mais-com-a-Coruja\"><\/span>Estude mais com a Coruja!<span class=\"ez-toc-section-end\"><\/span><\/h2><p>O Estrat&eacute;gia Vestibulares &eacute; uma plataforma de estudo com milhares de quest&otilde;es de vestibulares respondidas de todo o Pa&iacute;s. 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