Em um núcleo de supernova, um fóton de energia E_ph = 20,0 keV incide sobre um átomo de ferro e ejeta um…
Publicado por Alexandre Lombardi dos Santos, fundador do GeraProva
Analisar a evolução estelar associando-a aos modelos de origem e distribuição dos elementos químicos no Universo, compreendendo suas relações com as condições necessárias ao surgimento de sistemas solares e planetários, suas estruturas e composições e as possibilidades de existência de vida, utilizando representações e simulações, com ou sem o uso de dispositivos e aplicativos digitais (como softwares de simulação e de realidade virtual, entre outros).
Fonte: Base Nacional Comum Curricular (MEC).Questão
Em um núcleo de supernova, um fóton de energia E_ph = 20,0 keV incide sobre um átomo de ferro e ejeta um elétron do nível K (energia de ligação E_K = 7,10 keV) por efeito fotoelétrico. Usando m_e = 9,11×10^-31 kg, c = 3,00×10^8 m/s e 1 eV = 1,60×10^-19 J: (a) calcule a energia cinética K do elétron e sua velocidade v; (b) discuta como elétrons energéticos assim influenciam ionização, opacidade e processos de nucleossíntese no ambiente da supernova.
✍️ Questão dissertativa: veja abaixo a resposta esperada e a explicação.
Resposta esperada
Cálculo: K = E_ph - E_K = (20,0 - 7,10) keV = 12,9 keV = 12,9·1,60×10^-19 J = 2,064×10^-15 J. Velocidade v = v(2K/m_e) = v(2·2,064×10^-15 / 9,11×10^-31) = 6,73×10^7 m/s ˜ 0,224 c (relatividade parcial relevante). Discussão: elétrons com K~12,9 keV provocam ionizações secundárias e aquecimento local, aumentando o número de elétrons livres e alterando a ionização dos átomos; isso eleva a opacidade por processos bound-free e free-free, modifica balanços de cargas e taxas de captura eletrônica que participam da nucleossíntese. Esses elétrons também geram radiação de freio (bremsstrahlung) que redistribui energia em fótons mais energéticos, e correntes resultantes podem acoplar material a campos magnéticos, afetando dinâmica do ejecta. Em suma, o transporte energético e a ionização induzida por elétrons fotoejetados influenciam condições termonucleares e as vias de formação de elementos em remanescentes de supernova.
Explicação
A solução apresenta o cálculo da energia cinética do elétron e sua velocidade, utilizando as fórmulas apropriadas para o efeito fotoelétrico e a relatividade. A discussão aborda como os elétrons energéticos afetam a ionização e a opacidade, além de seu papel na nucleossíntese e na dinâmica do ambiente da supernova. A resposta é completa, integrando teoria e implicações físicas relevantes para o contexto da supernova.
Raio-X da questão
efeito fotoelétrico
avaliacao
efeito fotoelétrico · conservacao de energia
Revisar o efeito fotoelétrico e suas implicações em física nuclear.
O aluno pode confundir a energia cinética do elétron com a energia do fóton, não subtraindo corretamente a energia de ligação.
ciencia_tecnologia
pensamento_critico
cientifico
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