Um átomo particular tem dois níveis de energia com uma transição no comprimento de onda de 420 nm . Em 297 K há
átomos no estado de menor energia.
(a) Quantos átomos há no estado de maior energia?
(b) Suponha que
dos átomos que estão no estado de menor energia são bombeados para o estado de maior energia. Quanta energia esse sistema poderia liberar em um único pulso do laser? Dê a resposta em joules.
(a) Quantos átomos há no estado de maior energia?
(b) Suponha que
Passo 1
O enunciado considera um átomo de dois níveis com comprimento de onda de transição
, temperatura
e
átomos no estado de menor energia. Precisamos (a) calcular o número
de átomos no estado de maior energia em equilíbrio térmico e (b), ao bombardear
átomos do nível inferior para o superior, determinar a energia total liberada quando todos relaxarem.
Passo 2
Calcular a energia da transição usando
com
,
e
.
Passo 3
Em equilíbrio térmico a razão de populações obedece à distribuição de Boltzmann:
onde
. Calculando o expoente:
logo
e
Passo 4
Se bombeamos
átomos para o nível superior, cada relaxamento libera
. A energia total é
Resposta
(a)
átomos.
(b)
(b)