Descreva a principais características da radiação eletromagnética.
(D) O que são funções de onda e níveis de energia
(D) O que são funções de onda e níveis de energia
Passo 1
Beleza, o que o enunciado quer é: “Descrever as principais características da radiação eletromagnética” e, na parte (D), “explicar o que são funções de onda e níveis de energia”. Isso cai na matéria de Física/Química Quântica básica. Para resolver, a gente vai precisar:
- Conhecer o que é radiação eletromagnética (ondas, espectro, relação entre frequência, comprimento de onda e energia).
- Entender o básico de mecânica quântica (funções de onda, interpretação probabilística e quantização de energia via solução da equação de Schrödinger).
Passo 2
Características da radiação eletromagnética
- Onda transversal dupla:
- A radiação eletromagnética é formada por dois campos oscilantes, o elétrico E e o magnético B, perpendiculares entre si e à direção de propagação.
- Velocidade no vácuo:
- Toda onda eletromagnética se desloca no vácuo com velocidade
.
- Toda onda eletromagnética se desloca no vácuo com velocidade
- Relação frequência–comprimento de onda:
- A frequência
e o comprimento de onda estão ligados por
- A frequência
- Energia de cada fóton:
- No modelo de partícula-onda, cada “pacotinho” de luz (fóton) tem energia
onde é a constante de Planck ( ).
- No modelo de partícula-onda, cada “pacotinho” de luz (fóton) tem energia
- Espectro eletromagnético:
- Vai desde ondas de rádio (longa
, baixa ) até raios-gama (curtíssima , altíssima ). Cada região interage de um jeito diferente com a matéria.
- Vai desde ondas de rádio (longa
Passo 3
O que são funções de onda e níveis de energia
- Função de onda
: - Na mecânica quântica, um sistema (átomo, partícula presa, etc.) é descrito pela função de onda
. -
pode ser complexa, mas o que importa fisicamente é , que dá a densidade de probabilidade de encontrar a partícula em cada ponto do espaço. - A equação de Schrödinger independente do tempo é
onde (Hamiltoniano) é o operador energia total (cinética + potencial).
- Na mecânica quântica, um sistema (átomo, partícula presa, etc.) é descrito pela função de onda
- Níveis de energia quantizados:
- Nem todo valor de
é permitido; a solução da equação de Schrödinger gera apenas certos autovalores . - Por exemplo, num “poço infinito” unidimensional de largura
, - Num átomo de hidrogênio,
- Cada
define uma função de onda distinta e um valor de energia .
- Nem todo valor de
Resposta
A radiação eletromagnética é uma onda transversal de campos elétrico e magnético, propaga-se no vácuo a
, tem comprimento de onda
, frequência
e fótons com energia
. Seu espectro vai de ondas de rádio a raios-gama. Em mecânica quântica, descrevemos partículas com funções de onda
, cuja probabilidade de presença é
. A equação de Schrödinger impõe que só alguns valores de energia
(“níveis de energia”) sejam permitidos, cada um associado a uma
.