Como foi demonstrada a quantização da energia em átomos? Descreva em forma breve e clara o experimento e explique como o resultado experimental demonstra isso?
Passo 1
Beleza, o exercício pergunta “Como foi demonstrada a quantização da energia em átomos?” – ou seja, a gente vai falar de física atômica e mostrar o experimento que provou que um átomo só aceita certos valores de energia (não é contínuo). Para resolver, a gente precisa entender o conceito de níveis de energia discretos e conhecer o tal experimento de Franck-Hertz, que mede corrente de elétrons em função da tensão aplicada num gás de mercúrio.
Passo 2
Antes de tudo, o que é “quantização de energia”?
Na física quântica, descobriu-se que os elétrons num átomo só podem ocupar níveis de energia bem definidos, , e não qualquer valor entre eles. Se você quiser tirar um elétron do nível
e colocá-lo em
, precisa fornecer exatamente a diferença
. Sem essa “dose exata” de energia, nada acontece.
Na física quântica, descobriu-se que os elétrons num átomo só podem ocupar níveis de energia bem definidos,
Passo 3
Como testar isso na prática? Entra o experimento de Franck-Hertz (1914):
- A gente pega um tubo contendo vapor de mercúrio e coloca um filamento aquecido que emite elétrons.
- Esses elétrons são acelerados por uma tensão
até uma grade e depois coletados em um eletrodo. - Medimos a corrente
de elétrons que chega ao coletor enquanto aumentamos .
Passo 4
O resultado surpreendeu:
- Para tensões baixas,
cresce conforme mais elétrons chegam. - Quando
(energia cinética do elétron) atinge cerca de , há uma queda brusca na corrente.
Isso acontece porque, ao colidir com átomos de mercúrio, os elétrons perdem exatamentepara excitar um elétron interno do átomo (transição para um nível mais alto). - Logo depois, ao aumentar
mais , aparece outra queda, e assim por diante, em intervalos regulares de .
Em linguagem de fórmula, cada vez que
os elétrons têm energia suficiente pra excitar o átomo, causam colisões inelásticas e perdem aquela “quantidade mínima” de energia, fazendo o pico de corrente despencar.
Passo 5
Por que isso prova quantização?
Se a energia fosse contínua, a corrente cairia de forma suave ou em qualquer valor de . Mas apareceram quedas só em múltiplos exatos de
. Isso mostra que os átomos só aceitam “pacotes” de energia exatamente iguais à diferença entre seus níveis – ou seja, energia quantizada.
Se a energia fosse contínua, a corrente cairia de forma suave ou em qualquer valor de
Resposta
O experimento de Franck-Hertz demonstrou a quantização de energia ao revelar quedas na corrente de elétrons em tensão exata de
(e seus múltiplos), provando que átomos de mercúrio só absorvem energia em pacotes discretos iguais à diferença entre seus níveis eletrônicos.