ENEM 2020 Digital — questão 118 de Física
Enunciado em texto
As células fotovoltaicas (placas semicondutoras compostas de silício) são os componentes principais dos painéis solares e são capazes de converter, com certa eficiência, parte da energia dos raios solares em energia elétrica. Essa conversão é causada pelo fenômeno físico denominado "efeito fotoelétrico", que pode ocorrer em uma variedade de materiais, incluindo metais e semicondutores.
Na superfície dos metais, a sequência de eventos que caracteriza esse efeito, de forma simplificada, é a
a) absorção de fótons e a emissão de elétrons.
b) absorção de elétrons e a emissão de fótons.
c) emissão de fótons e a absorção de elétrons.
d) absorção e a emissão de elétrons.
e) absorção e a emissão de fótons.
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem ao ENEM.
Resolução comentada
O que a questão pede: a sequência de eventos do efeito fotoelétrico na superfície de um metal.
Passo 1 — o que chega e o que sai. A luz solar chega como fótons, os pacotes de energia da radiação eletromagnética. Cada fóton carrega:
Um elétron do metal absorve um fóton inteiro. Se a energia recebida for maior que a função trabalho (a energia mínima para arrancá-lo do material), ele escapa:
Passo 2 — a sequência, na ordem certa. Primeiro a absorção do fóton, depois a emissão do elétron. É o que a alternativa A diz, exatamente nessa ordem.
Resposta: alternativa A (absorção de fótons e a emissão de elétrons).
Por que as outras caem:
(B) e (C) invertem os papéis — o elétron sendo absorvido e o fóton emitido é o processo contrário (é assim que um LED funciona, não uma célula solar).
(D) "absorção e emissão de elétrons" ignora o fóton, que é quem traz a energia.
(E) "absorção e emissão de fótons" ignora o elétron, que é quem vira corrente elétrica.
Por que este é um dos experimentos mais importantes da física. Se a luz fosse só onda, uma luz vermelha muito intensa deveria acabar arrancando elétrons — bastaria esperar a energia acumular. Mas isso não acontece: abaixo de uma frequência mínima, nenhum elétron sai, por mais forte que seja a lâmpada. Foi Einstein, em 1905, quem explicou: a luz chega em pacotes, e o que importa é a energia de cada pacote (), não quantos chegam. Foi por essa explicação — não pela relatividade — que ele ganhou o Nobel.
E é literalmente a física do painel solar: cada fóton absorvido no silício libera um elétron; a soma desses elétrons em movimento é a corrente que sai da placa. A "certa eficiência" mencionada no enunciado é a fração de fótons que consegue fazer isso — o resto vira calor.
A ideia em uma frase: o fóton entra, o elétron sai — e é o elétron que vira eletricidade.
Vídeo em breve
A resolução em vídeo desta questão ainda não foi gravada. A explicação escrita acima está completa, passo a passo. Novos vídeos saem no canal do Professor Filatte.
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