Alguns equipamentos de visão noturna têm seu funcionamento baseado no efeito fotoelétrico, uma das primeiras…
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
Alguns equipamentos de visão noturna têm seu funcionamento baseado no efeito fotoelétrico, uma das primeiras descobertas que contribuíram para o surgimento da mecânica quântica. Nesses equipamentos, fótons de frequência f emitidos por um objeto incidem sobre uma superfície metálica. Elétrons são então liberados da superfície e acelerados por um campo elétrico. Em seguida, o sinal eletrônico é amplificado e produz uma imagem do objeto. Diferentemente do que a física clássica prevê, apenas os elétrons com energia hf acima de uma certa energia mínima E0 são liberados da superfície metálica. Considerando a incidência de fótons com frequência da ordem de 10^14 Hz, a ordem de grandeza do valor limite de E0 para que o equipamento funcione deve ser: [FUVEST 2022 - Questão 72] FUVEST - 2022
- A) 10^-50 J
- B) 10^-40 J
- C) 10^-30 J
- D) 10^-20 J
- E) 10^-10 J
✅ Resposta correta: alternativa D
Resolução passo a passo
- O enunciado diz que apenas os elétrons com energia hf acima de uma energia mínima E0 são liberados da superfície. Para o equipamento funcionar, a energia do fóton precisa atingir o limiar, então E0 é da ordem da energia do fóton, E0 ~ h·f. Passo 2: Use a constante de Planck h, cuja ordem de grandeza é 10^-34 J·s, e a frequência f ~ 10^14 Hz. Passo 3: Multiplique as ordens de grandeza: 10^-34 × 10^14 = 10^(-34+14) = 10^-20 J. Passo 4: Portanto, a alternativa correta é a D, 10^-20 J. Passo 5: A alternativa A (10^-50 J) está errada, pois o expoente foi calculado de forma incorreta, com soma de expoentes em lugar do procedimento adequado. Passo 6: A alternativa B (10^-40 J) está errada, pois a potência de 10 resultante não corresponde ao produto de h por f. Passo 7: A alternativa C (10^-30 J) está errada, pois a frequência de 10^14 Hz foi lida como 10^4 Hz. Passo 8: A alternativa E (10^-10 J) está errada, pois é uma energia muito maior que a do fóton, que é uma grandeza microscópica.
💡 Dica: Calcule a energia do fóton usando E = hf e compare com a energia mínima E0.
Alternativa por alternativa
O aluno calcula o expoente de forma incorreta, por exemplo combinando mal os expoentes de h e f ou usando h/f em lugar de h·f, o que leva a 10^-48 ou valores próximos, e não ao produto correto.
O aluno erra a ordem de grandeza da constante de Planck ou faz uma estimativa errada do expoente final, chegando a 10^-40 J sem multiplicar corretamente h pela frequência.
O aluno lê 10^14 Hz como 10^4 Hz e então soma -34 + 4 = -30, obtendo 10^-30 J.
É a resposta que o enunciado sustenta.
O aluno acha que a energia do fóton deve ser grande, pela intuição do cotidiano de energia como grandeza macroscópica, e não percebe que a energia de um fóton é extremamente pequena em joules.
Raio-X da questão
efeito fotoelétrico, energia do fóton
avaliacao
energia do fóton · efeito fotoelétrico
Revisar o conceito de efeito fotoelétrico e cálculo da energia do fóton.
Confundir a energia mínima necessária para a liberação de elétrons com a energia total dos fótons incidentes.
ciencia_tecnologia
tomada_decisao
cientifico
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