Em uma atividade sobre geração de energia solar, uma célula fotovoltaica de silício é iluminada por radiação…
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 sobre geração de energia solar, uma célula fotovoltaica de silício é iluminada por radiação cuja energia por fóton é de 2,0 eV. O silício utilizado possui uma diferença de energia entre a banda de valência e a banda de condução igual a 1,1 eV. Quando a energia do fóton supera esse valor, podem ser formados portadores de carga que participam da corrente elétrica no circuito externo. Considere desprezíveis as perdas por reflexão e suponha que cada fóton absorvido produza, no máximo, um par elétron-lacuna. Com base no texto, qual processo físico explica a produção de corrente elétrica na célula fotovoltaica de silício?
- A) A absorção de fótons transforma diretamente a energia luminosa em energia elétrica, sem alterar a distribuição dos elétrons no silício.
- B) A incidência de fótons arranca prótons dos átomos de silício, formando íons positivos que se deslocam pelo circuito externo.
- C) A absorção de fótons aquece o silício, e a expansão térmica do material produz diretamente a corrente elétrica no circuito externo.
- D) A absorção de fótons promove elétrons para a banda de condução, formando pares elétron-lacuna que são separados e transportados pelo circuito externo.
- E) A energia dos fótons reduz a concentração de elétrons livres, e essa diminuição gera uma diferença de potencial entre as faces da célula.
✅ Resposta correta: alternativa D
Resolução passo a passo
- O enunciado informa que o fóton tem 2,0 eV e que o silício exige 1,1 eV para que um elétron passe da banda de valência para a banda de condução.
- Como 2,0 eV supera 1,1 eV, o fóton absorvido consegue promover um elétron da banda de valência para a banda de condução.
- Essa promoção deixa no lugar do elétron uma lacuna na banda de valência, formando um par elétron-lacuna, como o texto indica.
- Esses portadores de carga, separados pela estrutura da célula, são levados ao circuito externo e constituem a corrente elétrica. Logo, a alternativa D descreve corretamente o processo físico.
- A alternativa A está errada, pois a absorção altera justamente a distribuição dos elétrons, deslocando-os para a banda de condução.
- A alternativa B está errada, pois são os elétrons, e não os prótons do núcleo, que são excitados e participam da corrente.
- A alternativa C está errada, pois o efeito fotovoltaico é um processo de excitação eletrônica, não um efeito térmico de expansão do material.
- A alternativa E está errada, pois a luz aumenta, e não diminui, a quantidade de elétrons livres, e a diferença de potencial surge da separação das cargas.
- Conclusão: a resposta correta é a alternativa D, coincidente com o gabarito oficial.
💡 Dica: Analise as semirreações e identifique a que ocorre no cátodo.
Alternativa por alternativa
O aluno acredita que a luz converte energia diretamente em energia elétrica sem que os elétrons do material mudem de estado. Ele ignora que é justamente a mudança de banda dos elétrons que gera os portadores de carga.
O aluno supõe que os prótons do núcleo são arrancados pela luz e se movem como corrente. Confunde os portadores móveis em sólidos, que são elétrons e lacunas, com partículas do núcleo atômico.
Por que engana: Confundir a semirreação do cátodo com a do ânodo ou interpretar incorretamente os elétrons na reação.
O aluno associa a absorção de luz ao aquecimento do material, atribuindo a corrente à dilatação térmica. Usa a intuição cotidiana de que luz 'esquenta' algo, sem distinguir o efeito fotovoltaico de efeitos térmicos.
A energia do fóton, 2,0 eV, é maior que a diferença de energia de 1,1 eV entre as bandas. Assim, o fóton pode transferir energia a um elétron, elevando-o à banda de condução e deixando uma lacuna na banda de valência. O campo elétrico interno da célula separa esses portadores, e seu movimento ordenado pelo circuito externo produz corrente elétrica.
O aluno imagina que a luz reduz os elétrons livres e que a diferença de potencial surge dessa redução. Inverte o efeito da radiação, que aumenta a concentração de portadores livres, e não entende a origem da tensão pela separação de cargas.
Raio-X da questão
semirreação cátodo eletroquímica
avaliacao
reações de oxirredução · conceito de cátodo e ânodo
Estude conceitos de semirreações e eletroquímica básica.
Confundir a semirreação do cátodo com a do ânodo ou interpretar incorretamente os elétrons na reação.
ciencia_tecnologia
pensamento_critico
cientifico
Questões parecidas com resolução
- Explique, em termos do comportamento do semicondutor, por que um painel fotovoltaico gera corrente elétrica quando…
- Qual é a consequência do efeito fotoelétrico na geração de energia solar?
- Identifique a aplicação do efeito fotoelétrico em células solares.
- Explique o efeito fotoelétrico e sua importância na geração de energia solar.
- Explique como o efeito fotoelétrico pode ser utilizado na geração de energia solar.
- Identifique a aplicação do efeito fotoelétrico em painéis solares.
🔎 Procurar outra questão
Procure no banco do GeraProva pelo tema ou por um trecho do enunciado. Cada questão já vem com resolução comentada e a análise de cada alternativa.
Professor: monte a prova com questões como esta, com gabarito e folha de respostas, em 30 segundos. Ver planos · Blog