Em um experimento didático sobre sensores de luz, uma fotocélula recebe radiação monocromática de frequência…
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 didático sobre sensores de luz, uma fotocélula recebe radiação monocromática de frequência 5,0 × 10^14 Hz. O material metálico da fotocélula possui função trabalho de 2,5 eV. Para a análise, considere h = 6,63 × 10^-34 J·s e 1 eV = 1,60 × 10^-19 J. A energia de cada fóton é dada por E = hf; o efeito fotoelétrico ocorre somente quando essa energia é maior ou igual à função trabalho. Com base nos dados do experimento, calcule a energia de cada fóton, expresse-a em elétron-volt e determine se ocorre emissão de elétrons pelo material.
- A) A energia do fóton depende da intensidade da luz, portanto ocorre emissão de elétrons.
- B) A energia do fóton é aproximadamente 3,32 J, portanto ocorre emissão de elétrons.
- C) A energia do fóton é aproximadamente 2,07 eV, portanto não ocorre emissão de elétrons.
- D) A energia do fóton é aproximadamente 3,10 eV, portanto ocorre emissão de elétrons.
- E) A energia do fóton é aproximadamente 2,50 eV, portanto ocorre emissão de elétrons.
✅ Resposta correta: alternativa C
Resolução passo a passo
- Calcular a energia do fóton em joules usando E = h x f. Com h = 6,63 x 10^-34 J·s e f = 5,0 x 10^14 Hz, temos E = 6,63 x 5,0 x 10^(-34+14) = 33,15 x 10^-20 = 3,315 x 10^-19 J. Passo 2: Converter para elétron-volt dividindo pelo valor de 1 eV em joules: E = 3,315 x 10^-19 / 1,60 x 10^-19 = 2,07 eV (valor aproximado de 2,072 eV). Passo 3: Comparar com a função trabalho do metal, que é 2,5 eV. Como 2,07 eV é menor que 2,5 eV, a energia do fóton não é suficiente para arrancar elétrons do material, ou seja, não ocorre emissão de elétrons. Passo 4: Conclusão. A alternativa correta é a C, que coincide com o gabarito oficial. Por que as outras estão erradas: A) a energia do fóton não depende da intensidade da luz, e sim da frequência; B) o valor 3,32 J está com a ordem de grandeza errada e não é convertido para eV; D) o valor 3,10 eV não corresponde ao cálculo correto de E = hf; E) a energia do fóton não é 2,50 eV, que é justamente a função trabalho, e a emissão exige energia maior ou igual a ela, o que não se verifica aqui.
💡 Dica: Calcule a energia dos fótons usando a fórmula E = hf.
Alternativa por alternativa
Acredita que a energia de cada fóton aumenta com a intensidade da luz, como se mais luz significasse fótons mais energéticos. Na teoria de Einstein, a intensidade apenas define a quantidade de fótons, não a energia de cada um.
Por que engana: Confundir a relação entre frequência e energia, subestimando a energia dos fótons e concluindo que o efeito não ocorre.
Calcula corretamente o produto h x f, mas perde o expoente da potência de dez e obtém 3,32 J, deixando a energia em joules sem a conversão para elétron-volt. Além disso, conclui a emissão a partir de um valor com ordem de grandeza incorreta.
A energia do fóton é E = hf = (6,63 × 10^-34)(5,0 × 10^14) ≈ 3,32 × 10^-19 J. Convertendo para elétron-volt, E ≈ (3,32 × 10^-19)/(1,60 × 10^-19) ≈ 2,07 eV. Como essa energia é menor que a função trabalho de 2,5 eV, os fótons não conseguem arrancar elétrons do material; portanto, não ocorre efeito fotoelétrico.
Faz errado a conta de conversão de joules para elétron-volt ou o produto h x f, chegando a 3,10 eV. Como o valor obtido fica acima de 2,5 eV, conclui equivocadamente que há emissão de elétrons.
Confunde a energia do fóton com a função trabalho do metal, supondo que ambas são iguais e que a igualdade já garante emissão. Não calcula E = hf e não compara os valores de fato.
Raio-X da questão
efeito fotoelétrico
avaliacao
energia dos fótons · efeito fotoelétrico
Revisar a relação entre frequência da luz e energia dos fótons.
Confundir a relação entre frequência e energia, subestimando a energia dos fótons e concluindo que o efeito não ocorre.
ciencia_tecnologia
tomada_decisao
cientifico
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