1. Um laser usado para corrigir retinas descoladas emite luz com comprimento de onda igual a 652 nm através de pulsos que duram 20,0 ms. A potência média durante cada pulso é igual a 0,600 \mathrm{~W}.
    [R. (a) 12 mJ ; (b) 3,60 \times 10^{-19} \mathrm{~J} \equiv 4,5 \mathrm{eV}
    (c) 3,33 \times 10^{16} fótons/pulsol
(a) Qual é a energia de cada pulso em joules? E em elétrons-volt?

Passo 1

O enunciado dá os seguintes dados (vou listar tudo claramente):
  • Potência média durante o pulso: P = 0,600\\ \mathrm{W}.
  • Duração do pulso: \Delta t = 20,0\\ \mathrm{ms}.
    O que pede (apenas a parte (a) aqui):
  • (a) A energia de cada pulso em joules.
  • (a) A mesma energia expressa em elétron-volts (eV).

Passo 2

Conceito e fórmula que vamos usar:
  • Potência é energia por tempo; por definição 1\\ \mathrm{W}=1\\ \mathrm{J/s}.
  • A energia entregue num pulso é o produto da potência pelo tempo do pulso:
E = P\,\Delta t.
Agora converto a duração do pulso para segundos:
\Delta t = 20{,}0\\ \mathrm{ms} = 20{,}0\times 10^{-3}\\ \mathrm{s} = 0{,}0200\\ \mathrm{s}.
Cálculo da energia em joules:
E = 0{,}600\\ \mathrm{W}\times 0{,}0200\\ \mathrm{s} = 0{,}0120\\ \mathrm{J}.
Interpretação num formato mais habitual:
0{,}0120\\ \mathrm{J} = 12{,}0\\ \mathrm{mJ}\quad(\text{pois }1\\ \mathrm{mJ}=10^{-3}\\ \mathrm{J}).

Passo 3

Converter joules para elétron-volts (definição e cálculo):
  • Definição: 1\\ \mathrm{eV}=1{,}602176634\times 10^{-19}\\ \mathrm{J}.
    Para obter a energia em eV fazemos a divisão:
E(\text{eV}) = \dfrac{E(\text{J})}{1{,}602176634\times 10^{-19}\\ \mathrm{J/eV}}.
Substituindo E(\text{J})=0{,}0120\\ \mathrm{J}:
E(\text{eV}) = \dfrac{0{,}0120}{1{,}602176634\times 10^{-19}} \approx 7{,}49\times 10^{16}\\ \mathrm{eV}.
Breve comentário prático: esse número em eV é muito grande porque o elétron-volt é uma unidade muito pequena; por isso energia de pulsos macroscópicos normalmente se escreve em joules ou milijoules.

Resposta

E = 0{,}0120\\ \mathrm{J} = 12{,}0\\ \mathrm{mJ}
E = 7{,}49\times 10^{16}\\ \mathrm{eV}

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