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.

Passo 3

Como testar isso na prática? Entra o experimento de Franck-Hertz (1914):
  1. A gente pega um tubo contendo vapor de mercúrio e coloca um filamento aquecido que emite elétrons.
  2. Esses elétrons são acelerados por uma tensão até uma grade e depois coletados em um eletrodo.
  3. Medimos a corrente de elétrons que chega ao coletor enquanto aumentamos .

Passo 4

O resultado surpreendeu:
  • Para tensões baixas, eV = n times 4,9 eV (n=1,2,3,dots) 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 exatamente para 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.

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.

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