Em uma atividade de laboratório, uma célula fotoelétrica recebe luz monocromática de frequência superior à…
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 uma atividade de laboratório, uma célula fotoelétrica recebe luz monocromática de frequência superior à frequência limite do material. Mantendo essa frequência e a tensão aplicada constantes, os estudantes ajustam a intensidade luminosa. Na faixa de funcionamento utilizada, todos os elétrons liberados são coletados pelo circuito, sem atingir a corrente de saturação. Ao dobrar a intensidade, dobra-se aproximadamente o número de fótons incidentes por segundo, enquanto a energia de cada fóton permanece inalterada. Com base nessa situação, qual será o efeito observado na corrente fotoelétrica quando a intensidade da luz for dobrada?
- A) A corrente fotoelétrica aproximadamente dobrará, pois haverá o dobro de elétrons emitidos por segundo.
- B) A corrente fotoelétrica não poderá ser prevista, pois a intensidade não informa a frequência da luz utilizada.
- C) A corrente fotoelétrica diminuirá, pois cada elétron receberá menos energia dos fótons incidentes.
- D) A corrente fotoelétrica permanecerá constante, pois a energia de cada fóton não foi alterada.
- E) A corrente fotoelétrica será quatro vezes maior, pois a intensidade depende do quadrado da energia dos fótons.
✅ Resposta correta: alternativa A
Resolução passo a passo
- A luz incide com frequência acima da frequência limite do material, então cada fóton tem energia suficiente para arrancar um elétron. Pelo enunciado, cada fóton tem energia E = h·f, e essa energia não muda.
- Como a frequência é constante, a energia de cada fóton é a mesma. O que muda com a intensidade é apenas o número de fótons incidentes por segundo, que dobra.
- Cada fóton com energia suficiente pode liberar um elétron (efeito fotoelétrico, com probabilidade de emissão praticamente proporcional ao número de fótons nessa condição). Assim, o número de elétrons emitidos por segundo também dobra.
- Como o enunciado afirma que todos os elétrons liberados são coletados e que não se atinge a corrente de saturação, a corrente elétrica é proporcional ao número de elétrons coletados por segundo. Logo, a corrente fotoelétrica aproximadamente dobra. A alternativa A está correta e coincide com o gabarito.
- Por que as demais estão erradas: B está errada porque a frequência é explicitamente mantida constante, então a corrente é previsível. C está errada porque a energia de cada elétron depende da frequência, não do número de fótons, e não diminui. D está errada porque a corrente depende do número de elétrons emitidos por segundo, que varia com a intensidade. E está errada porque a corrente não varia com o quadrado da energia dos fótons; a relação com a intensidade é linear, não quadrática.
💡 Dica: Considere a relação entre intensidade da luz e corrente elétrica na célula fotoelétrica.
Alternativa por alternativa
A energia de cada fóton depende da frequência, que foi mantida constante. Assim, a energia individual dos fótons não se altera. Ao dobrar a intensidade, aumenta-se aproximadamente ao dobro o número de fótons incidentes por segundo. Como a frequência da luz está acima do limite e todos os elétrons liberados são coletados, o número de elétrons emitidos por segundo também dobra, fazendo a corrente dobrar aproximadamente.
O aluno acredita que a corrente só pode ser prevista conhecendo a frequência da luz, ignorando que o enunciado mantém a frequência constante. Ele confunde a falta de dados sobre a frequência com a impossibilidade de prever o efeito.
O aluno supõe que, por haver mais fótons, a energia se divide entre eles e cada elétron recebe menos energia, diminuindo a corrente. Ele confunde a energia de cada fóton (que é fixa) com a energia total distribuída pela intensidade.
O aluno raciocina que, como a energia de cada fóton não muda, nada se altera na corrente. Ele esquece que a corrente depende do número de fótons por segundo, e não só da energia de cada um.
O aluno aplica uma relação quadrática inventada entre intensidade e energia dos fótons, supondo que dobrar a intensidade quadruplica a corrente. Ele não percebe que a relação com o número de fótons é linear.
Raio-X da questão
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avaliacao
intensidade da luz · célula fotoelétrica
Revisar a relação entre intensidade da luz e corrente elétrica em células fotoelétricas.
Confundir a relação direta entre intensidade da luz e corrente elétrica, assumindo que a corrente dobra automaticamente com a intensidade.
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pensamento_critico
cientifico
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