— Por que a placa so reage quando apontamos a luz azul? — perguntou um visitante ao ver um experimento em um…
Publicado por Alexandre Lombardi dos Santos, fundador do GeraProva
Comunicar, para públicos variados, em diversos contextos, resultados de análises, pesquisas e/ou experimentos, elaborando e/ou interpretando textos, gráficos, tabelas, símbolos, códigos, sistemas de classificação e equações, por meio de diferentes linguagens, mídias, tecnologias digitais de informação e comunicação (TDIC), de modo a participar e/ou promover debates em torno de temas científicos e/ou tecnológicos de relevância sociocultural e ambiental.
Fonte: Base Nacional Comum Curricular (MEC).Questão
— Por que a placa so reage quando apontamos a luz azul? — perguntou um visitante ao ver um experimento em um centro de ciencias. No aparato, uma placa metalica ligada a um eletroscopio perde carga (folhas se aproximam) quando iluminada por um LED azul (comprimento de onda 450 nm), mesmo com o LED fraco. Com um LED vermelho (630 nm), nao ha alteracao perceptivel, mesmo aumentando o brilho. O mediador explica que a placa tem funcao trabalho de 2,3 eV, isto e, cada eletron precisa receber pelo menos essa energia para ser ejetado. Para preparar um texto curto ao publico, ele decide estimar a energia de um foton em cada LED usando E = h*c/lambda, com h = 6,6e-34 J*s, c = 3,0e8 m/s e 1 eV = 1,6e-19 J. Interprete a situacao descrita e identifique o texto que comunica corretamente, com valores aproximados, as energias dos fotons e a justificativa para a emissao de eletrons.
- A) Eazul=2.0 eV e Everm=2.8 eV; assim, so a luz vermelha excede 2.3 eV e arranca eletrons.
- B) Eazul=2.8 eV e Everm=2.0 eV; assim, so a luz azul excede 2.3 eV e arranca eletrons.
- C) Eazul=4.4e-19 eV e Everm=3.1e-19 eV; assim, nenhuma luz excede 2.3 eV e nao ha emissao.
- D) Eazul=2.8 eV e Everm=2.0 eV; assim, o vermelho liberaria eletrons se a intensidade fosse maior.
- E) Eazul=2.8 eV e Everm=2.0 eV; assim, a emissao depende do brilho, nao do comprimento de onda.
✅ Resposta correta: alternativa B
Resolução passo a passo
- Calcule o produto h*c = 6,6e-34 x 3,0e8 = 1,98e-25 J*m. Passo 2: Para o LED azul, lambda = 450 nm = 4,5e-7 m, logo E = 1,98e-25 / 4,5e-7 = 4,4e-19 J. Convertendo para eV: 4,4e-19 / 1,6e-19 = 2,75, ou seja, cerca de 2,8 eV. Passo 3: Para o LED vermelho, lambda = 630 nm = 6,3e-7 m, logo E = 1,98e-25 / 6,3e-7 = 3,1e-19 J, que equivale a cerca de 1,96, ou seja, cerca de 2,0 eV. Passo 4: Compare com a função trabalho de 2,3 eV. O fóton azul (2,8 eV) excede esse valor, então cada elétron recebe energia suficiente para ser ejetado. O fóton vermelho (2,0 eV) não atinge 2,3 eV, por isso não há emissão, independentemente do brilho, pois o brilho aumenta o número de fótons, não a energia de cada um. Passo 5: Por que as outras estão erradas: A troca os valores das energias e inverte a relação com o comprimento de onda; C esquece a conversão de joules para elétron-volt e também chega a uma conclusão falsa; D acerta as energias, mas afirma que a intensidade poderia compensar a energia insuficiente por fóton; E acerta as energias, mas atribui a emissão apenas ao brilho, ignorando a energia de cada fóton. O gabarito B está correto.
💡 Dica: Calcule a energia dos fótons usando E=hc/λ e compare com a função trabalho.
Alternativa por alternativa
Inverte a relação entre comprimento de onda e energia, supondo que a luz de maior comprimento de onda (vermelha) tem mais energia por fóton. Também troca os valores calculados para os dois LEDs.
Por que engana: Confundir a relação entre comprimento de onda e energia, ou pensar que intensidade da luz determina emissão de elétrons.
Aplica E=hc/lambda e a conversao J->eV: azul (lambda menor) tem E maior e supera 2,3 eV.
Calcula corretamente os valores em joules, mas rotula-os como eV sem converter a unidade. Por isso compara 4,4e-19 com 2,3 e conclui, de forma errada, que nenhuma luz excede a função trabalho.
Acerta as energias dos fótons, mas acredita que a intensidade pode compensar a energia insuficiente de cada fóton. Não percebe que, no efeito fotoelétrico, cada elétron deve receber energia mínima individualmente.
Acerta as energias, mas usa a intuição de que luz mais forte sempre causa mais efeito. Assim, atribui a emissão só ao brilho e ignora a energia de cada fóton, que depende do comprimento de onda.
Raio-X da questão
efeito fotoelétrico energia fóton
avaliacao
energia de fótons · função trabalho metal
Estude cálculo de energia de fótons e função trabalho no efeito fotoelétrico.
Confundir a relação entre comprimento de onda e energia, ou pensar que intensidade da luz determina emissão de elétrons.
pensamento_critico
cientifico
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