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Leia o texto e analise a figura a seguir: Planck iniciou seus trabalhos por volta de 1895 em Berlin, quando os físicos teóricos estavam trabalhando na solução do problema da teoria da luz e radiação de calor emitido por fornos que operavam a altas temperaturas, conhecidos no meio acadêmico por corpos negros. Em 1905, Planck encontrou a solução para este problema clássico, introduziu uma nova constante física fundamental h e estabeleceu um marco para o surgimento da mecânica quântica. Os resultados de Planck mostram que numa descrição estatística da termodinâmica a radiação de corpo negro também pode ser tratada como um gás de fótons, que são partículas de massa de repouso nula, com spin inteiro. A descrição termodinâmica do gás de fótons fornece a Lei de Planck para a irradiação de corpo negro, bem como todos os potenciais termodinâmicos do gás, por exemplo a entropia, que é dada pela equação
com σ= 5.670400×10−8Js−1m−2K−4, V o volume ocupado pelo gás, c a velocidade da luz e T a temperatura expressa em Kelvin. A figura a seguir ilustra um esboço da distribuição espectral da densidade de energia irradiada pelo sol e que atinge o nosso planeta Terra.
Distribuição espectral da densidade de energia irradiada pelo sol.
Nota-se perfeitamente que as áreas representando a intensidade da radiação no topo da atmosfera e no nível do mar possuem a forma da curva de irradiação de um corpo negro, também mostrada na figura como uma linha contínua. Por causa desse comportamento o espectro de radiação solar pode ser considerado como o espectro de radiação de um corpo negro. Com base no texto, na figura e nos conhecimentos sobre o assunto, considere as afirmativas.
I. A curva de irradiação de energia do sol não pode ser comparada à curva de irradiação de energia de um
corpo negro já que o sol é uma estrela.
II. A radiação solar que atinge a terra também é composta de fótons.
III. A luz solar que atinge a terra é composta somente de partículas sem massa e spin semi-inteiro denominadas neutrinos.
IV. Devido à forma da curva de irradiação de energia do sol ajustar-se aproximadamente bem à curva de irradiação de um corpo negro, podemos estimar que a correspondente entropia do sol é da ordem de 1023J/K.
Assinale a alternativa correta.
I. A curva de irradiação de energia do sol não pode ser comparada à curva de irradiação de energia de um
corpo negro já que o sol é uma estrela.
II. A radiação solar que atinge a terra também é composta de fótons.
III. A luz solar que atinge a terra é composta somente de partículas sem massa e spin semi-inteiro denominadas neutrinos.
IV. Devido à forma da curva de irradiação de energia do sol ajustar-se aproximadamente bem à curva de irradiação de um corpo negro, podemos estimar que a correspondente entropia do sol é da ordem de 1023J/K.
Assinale a alternativa correta.
- A) Somente as afirmativas I e II são corretas.
- B) Somente as afirmativas II e IV são corretas.
- C) Somente as afirmativas III e IV são corretas.
- D) Somente as afirmativas I, II e III são corretas.
- E) Somente as afirmativas I, III e IV são corretas.
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Resposta:
A alternativa correta é letra B
Vamos analisar cada uma das afirmações e verificar a sua veracidade.
Afirmação 1:
Note que apesar do Sol não ser um corpo negro, em muitas partes do gráfico podemos ver uma certa correspondência entre os valores. Sendo assim podemos comparar a curva de irradiação de energia do Sol e do corpo negro.
AFIRMAÇÃO FALSA.
Afirmação 2:
Os fótons nada mais são que pacotes de energia, representando a forma de partículas da radiação. Logo, como o Sol é um grande emissor de radiação, em particular também é um emissor de fótons.
AFIRMAÇÃO VERDADEIRA.
Afirmação 3:
Esta afirmação contradiz a anterior, logo é FALSA.
Afirmação 4:
Para verificar se o valor é correto necessitamos aplicar a fórmula dada. Para isso, vamos precisar saber o volume do Sol, onde aproximando por uma esfera temos:
V = 4πR³/3
Donde V é o volume e R é o raio, que será usado o valor de 695.700.000 m = 6,957*108 m.
V = 4π( 6,957*108 m)³/3 ≈ 1410,44*1024 m³ ≈ 1,4*1027 m³
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AFIRMAÇÃO VERDADEIRA.
Logo, temos que as afirmações 2 e 4 são verdadeiras.
Alternativa B)
Afirmação 1:
Note que apesar do Sol não ser um corpo negro, em muitas partes do gráfico podemos ver uma certa correspondência entre os valores. Sendo assim podemos comparar a curva de irradiação de energia do Sol e do corpo negro.
AFIRMAÇÃO FALSA.
Afirmação 2:
Os fótons nada mais são que pacotes de energia, representando a forma de partículas da radiação. Logo, como o Sol é um grande emissor de radiação, em particular também é um emissor de fótons.
AFIRMAÇÃO VERDADEIRA.
Afirmação 3:
Esta afirmação contradiz a anterior, logo é FALSA.
Afirmação 4:
Para verificar se o valor é correto necessitamos aplicar a fórmula dada. Para isso, vamos precisar saber o volume do Sol, onde aproximando por uma esfera temos:
V = 4πR³/3
Donde V é o volume e R é o raio, que será usado o valor de 695.700.000 m = 6,957*108 m.
V = 4π( 6,957*108 m)³/3 ≈ 1410,44*1024 m³ ≈ 1,4*1027 m³
AFIRMAÇÃO VERDADEIRA.
Logo, temos que as afirmações 2 e 4 são verdadeiras.
Alternativa B)
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