Questão de Física — Física Moderna — FGV 2023

Radiação de corpo negro e a quantização da energia

Gabarito: letra D. Planck reconciliou a teoria com os resultados experimentais da distribuição espectral da radiação de corpo negro ao propor que a energia é emitida e absorvida em pulsos discretos, os quanta de energia — ou seja, a energia é quantizada, e não contínua. Essa hipótese, formulada em 1900, marcou o nascimento da Física Quântica.

O problema da radiação de corpo negro era um dos grandes desafios da Física no final do século XIX. A teoria clássica (eletromagnetismo + termodinâmica) previa que a intensidade da radiação emitida divergiria para comprimentos de onda curtos — a chamada catástrofe ultravioleta. Para resolver isso, Planck propôs que os osciladores atômicos que emitem e absorvem radiação só podem ter energias discretas, múltiplas de um quantum de energia $E = hf$, onde $h$ é a constante de Planck e $f$ é a frequência. Essa ideia revolucionária foi depois usada por Einstein para explicar o efeito fotoelétrico, postulando que a própria luz é composta de quanta (fótons).

A pegadinha da questão está em distinguir a quantização da energia (a hipótese de Planck) da continuidade do espectro (que é uma característica da radiação emitida pelo corpo negro, mas não contradiz a quantização da energia dos osciladores). O espectro de emissão do corpo negro é contínuo, mas a energia é trocada em pacotes discretos.

Alternativa A — ❌ Incorreta

A alternativa diz que a energia seria emitida e absorvida "de radiação espectral". Isso é vago e não corresponde à hipótese de Planck. A radiação espectral refere-se à distribuição da intensidade por comprimento de onda ou frequência, mas não explica a quantização. O erro está em não mencionar a natureza discreta da energia.

Alternativa B — ❌ Incorreta

A alternativa afirma que a energia seria emitida e absorvida de forma "contínua". Isso é exatamente o oposto da hipótese de Planck. A física clássica previa uma transferência contínua de energia, mas isso levava à catástrofe ultravioleta. Planck introduziu a quantização justamente para resolver essa inconsistência.

Alternativa C — ❌ Incorreta

A alternativa menciona a "constante de Planck". A constante de Planck ($h$) é um valor numérico que relaciona a energia de um quantum à sua frequência ($E = hf$), mas não é a forma como a energia é emitida ou absorvida. A constante é uma ferramenta, não o mecanismo.

Alternativa D — ✅ Correta ⟵ GABARITO

A alternativa correta afirma que a energia é emitida e absorvida "de pulsos discretos, os quanta de energia". Essa é exatamente a hipótese de Planck: a energia é quantizada, ou seja, só pode ser trocada em múltiplos inteiros de um quantum de energia $hf$. Isso resolveu a catástrofe ultravioleta e deu origem à mecânica quântica.

Alternativa E — ❌ Incorreta

A alternativa menciona "elétrons acelerados". Embora cargas aceleradas emitam radiação eletromagnética (como prevê o eletromagnetismo clássico), essa não é a hipótese de Planck para o corpo negro. A emissão de radiação por elétrons acelerados é um fenômeno clássico, mas não explica a distribuição espectral observada.

Gabarito: letra D