Em um laboratório de uma escola pública, estudantes investigam o funcionamento de um sensor de luz usado em…
Publicado por Alexandre Lombardi dos Santos, fundador do GeraProva
Analisar e representar, com ou sem o uso de dispositivos e de aplicativos digitais específicos, as transformações e conservações em sistemas que envolvam quantidade de matéria, de energia e de movimento para realizar previsões sobre seus comportamentos em situações cotidianas e em processos produtivos que priorizem o desenvolvimento sustentável, o uso consciente dos recursos naturais e a preservação da vida em todas as suas formas.
Fonte: Base Nacional Comum Curricular (MEC).Questão
Em um laboratório de uma escola pública, estudantes investigam o funcionamento de um sensor de luz usado em sistemas de segurança. Quando a radiação incide sobre uma placa metálica, elétrons podem ser arrancados da superfície, caracterizando o efeito fotoelétrico. Para a análise, utiliza-se uma radiação de frequência 7,0 × 10¹4 Hz. O trabalho de extração do metal é 2,5 eV. Considere h = 6,6 × 10?³4 J·s e 1 eV = 1,6 × 10?¹? J. Com base no texto, calcule a energia de cada fóton, expresse o resultado em elétron-volt e determine se ocorrerá o efeito fotoelétrico nessa placa metálica.
- A) A energia do fóton é 4,6 eV, e o efeito fotoelétrico ocorre.
- B) A energia do fóton é 1,8 eV, e o efeito fotoelétrico não ocorre.
- C) A energia do fóton é 2,9 eV, e o efeito fotoelétrico não ocorre.
- D) A energia do fóton é 2,9 eV, e o efeito fotoelétrico ocorre somente após aumentar o trabalho de extração.
- E) A energia do fóton é 2,9 eV, e o efeito fotoelétrico ocorre.
✅ Resposta correta: alternativa E
Resolução passo a passo
- Calcule a energia do fóton pela equação E = h × f. Com h = 6,6 × 10^-34 J·s e f = 7,0 × 10^14 Hz, temos E = 6,6 × 7,0 × 10^(-34+14) = 46,2 × 10^-20 = 4,62 × 10^-19 J. Passo 2: Converta para elétron-volt dividindo pelo fator de conversão 1 eV = 1,6 × 10^-19 J. Assim, E = 4,62 × 10^-19 / 1,6 × 10^-19 = 2,8875 eV, que arredondado fica 2,9 eV. Passo 3: Compare com o trabalho de extração do metal, 2,5 eV. Para haver efeito fotoelétrico, a energia do fóton precisa ser igual ou maior que o trabalho de extração. Como 2,9 eV é maior que 2,5 eV, os elétrons são arrancados e o efeito fotoelétrico ocorre. Passo 4: Por que as outras alternativas estão erradas: A traz 4,6 eV, valor que surge ao esquecer a divisão pelo fator de conversão; B traz 1,8 eV, valor incorreto para a energia do fóton; C acerta a energia, mas conclui erradamente que não há efeito; D acerta a energia, mas afirma que o efeito depende de aumentar o trabalho de extração, o que inverte a condição física. Conclusão: a alternativa correta é a E, e o gabarito oficial está de acordo com a resolução.
💡 Dica: Calcule a energia do fóton usando a fórmula E = hf.
Alternativa por alternativa
O aluno provavelmente calculou 6,6 × 7,0 × 10^-20 corretamente, mas não dividiu pelo fator 1,6 da conversão para eV, obtendo 4,6 eV.
Por que engana: O aluno pode confundir a energia calculada com o trabalho de extração, levando a uma conclusão errada sobre a ocorrência do efeito fotoelétrico.
O aluno provavelmente errou o cálculo da energia do fóton ou a conversão para eV, chegando a um valor menor que o trabalho de extração, e por isso concluiu que o efeito não ocorre.
O aluno calculou corretamente 2,9 eV, mas acredita que o efeito só ocorre se a energia for menor que o trabalho de extração, quando na verdade a condição é energia maior ou igual ao trabalho.
O aluno calculou corretamente 2,9 eV, mas entende que o trabalho de extração precisaria aumentar para o efeito ocorrer, quando na verdade o fóton já tem energia suficiente para arrancar os elétrons.
A energia do fóton é E = hf = (6,6 × 10⁻³⁴)(7,0 × 10¹⁴) = 4,62 × 10⁻¹⁹ J. Convertendo para elétron-volt: E = (4,62 × 10⁻¹⁹)/(1,6 × 10⁻¹⁹) ≈ 2,9 eV. Como essa energia é maior que o trabalho de extração de 2,5 eV, os elétrons podem ser arrancados da superfície e o efeito fotoelétrico ocorre.
Raio-X da questão
efeito fotoelétrico
avaliacao
energia do fóton · trabalho de extração
Revisar a relação entre frequência da luz e energia do fóton.
O aluno pode confundir a energia calculada com o trabalho de extração, levando a uma conclusão errada sobre a ocorrência do efeito fotoelétrico.
ciencia_tecnologia
tomada_decisao
cientifico
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