Em um experimento de efeito fotoelétrico realizado para investigar sensores de luz usados em sistemas de…
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 experimento de efeito fotoelétrico realizado para investigar sensores de luz usados em sistemas de iluminação pública, uma superfície metálica apresenta função trabalho de 2,00 eV. Sobre essa superfície incide luz monocromática de comprimento de onda 500 nm. Para os cálculos, considere h·c = 1240 eV·nm e despreze perdas de energia no sistema. Com base nos dados do experimento, calcule a energia de cada fóton incidente e determine se haverá ejeção de elétrons, indicando, em caso afirmativo, a energia cinética máxima dos elétrons emitidos.
- A) A energia de cada fóton é 2,48 eV; como esse valor é menor que a função trabalho de 2,00 eV, não haverá ejeção de elétrons.
- B) A energia de cada fóton é 2,00 eV; como esse valor iguala a função trabalho, haverá ejeção de elétrons sem energia cinética.
- C) A energia de cada fóton é 4,96 eV; como esse valor supera a função trabalho de 2,00 eV, haverá ejeção de elétrons com energia cinética de 2,96 eV.
- D) A energia de cada fóton é 2,48 eV; como esse valor supera a função trabalho de 2,00 eV, haverá ejeção de elétrons, com energia cinética máxima de 0,48 eV.
- E) A energia de cada fóton é 0,48 eV; como esse valor é menor que a função trabalho de 2,00 eV, não haverá ejeção de elétrons.
✅ Resposta correta: alternativa D
Resolução passo a passo
- Calcule a energia de cada fóton pela relação E = h·c / λ. Com h·c = 1240 eV·nm e λ = 500 nm, temos E = 1240 / 500 = 2,48 eV. Passo 2: Compare a energia do fóton com a função trabalho do metal, que é 2,00 eV. Como 2,48 eV é maior que 2,00 eV, a energia do fóton supera o trabalho de extração e haverá ejeção de elétrons. Passo 3: Calcule a energia cinética máxima pela equação de Einstein do efeito fotoelétrico: Ec(máx) = E(fóton) - φ = 2,48 - 2,00 = 0,48 eV. Passo 4: Verifique as alternativas. A alternativa A está errada porque 2,48 eV não é menor que 2,00 eV, então o elétron é ejetado. A alternativa B está errada porque o fóton tem 2,48 eV, não 2,00 eV, e ainda sobra energia cinética. A alternativa C está errada porque o cálculo de 1240 / 500 não resulta em 4,96 eV. A alternativa E está errada porque 0,48 eV é a energia cinética máxima, não a energia do fóton, e a conclusão de que não há ejeção também é falsa. Passo 5: Conclusão: o gabarito oficial D está correto, pois a energia do fóton é 2,48 eV, há ejeção de elétrons e a energia cinética máxima é 0,48 eV.
💡 Dica: Calcule a energia dos fótons usando a relação E = hc/λ.
Alternativa por alternativa
O aluno calculou corretamente a energia do fóton (2,48 eV), mas comparou mal os valores e concluiu que 2,48 é menor que 2,00. Assim, achou que o fóton não tem energia suficiente para arrancar o elétron.
O aluno confundiu a energia do fóton com a função trabalho do metal, supondo que a energia do fóton seria 2,00 eV. Além disso, não percebeu que a energia restante após a extração gera energia cinética.
O aluno errou a conta da energia do fóton, obtendo 4,96 eV, que corresponde a 1240 / 250, ou seja, usou um comprimento de onda de 250 nm ou dobrou o resultado incorretamente. Depois subtraiu corretamente 2,00 eV, mas sobre um valor errado.
Por que engana: Confundir a energia do fóton com a função trabalho do metal, levando a conclusão errada sobre a ejeção dos elétrons.
A energia do fóton é calculada por E = h·c/λ. Assim, E = 1240/500 = 2,48 eV. Pela equação do efeito fotoelétrico, a energia cinética máxima é K = E − φ = 2,48 − 2,00 = 0,48 eV. Como a energia do fóton é maior que a função trabalho, os elétrons são ejetados.
O aluno tomou a diferença entre a energia do fóton e a função trabalho (0,48 eV), que é a energia cinética máxima, como se fosse a energia do fóton. Por isso concluiu, erroneamente, que a energia é insuficiente e não há ejeção.
Raio-X da questão
energia dos fótons
avaliacao
energia dos fótons · comprimento de onda
Revisar a relação entre comprimento de onda e energia dos fótons.
Confundir a energia do fóton com a função trabalho do metal, levando a conclusão errada sobre a ejeção dos elétrons.
ciencia_tecnologia
tomada_decisao
cientifico
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