FMABC 2022 — questão 60 de Física
Enunciado em texto
Entre 1886 e 1887, o físico alemão Heinrich Hertz realizou experimentos que demonstraram a existência de ondas eletromagnéticas. Para gerar tais ondas, Hertz produzia descargas entre dois eletrodos. Em alguns casos, ele observou que, quando a luz incidia sobre um dos eletrodos, a descarga ficava mais intensa. Ele tinha descoberto o efeito fotoelétrico, uma emissão de elétrons induzida pela luz.
Mais tarde, em 1905, Albert Einstein, motivado pelo trabalho de Max Planck, introduziu a ideia da quantização da radiação. Einstein afirmou que a radiação era composta de pacotes, ou quanta, de energia, propagando-se como partículas. A cada uma dessas partículas, hoje chamadas fótons, ele atribuiu uma energia relacionada com a frequência da radiação, explicando, definitivamente, o efeito fotoelétrico observado por Hertz. As interações entre radiação e matéria passaram a ser consideradas processos de emissão e absorção de fótons. Em especial, o efeito fotoelétrico é interpretado como a absorção de um fóton pela matéria, levando à ejeção de um elétron.
(“Efeito fotoelétrico”. www.if.ufrgs.br. Adaptado.)
O efeito fotoelétrico:
(A) tem uma contribuição importante no funcionamento de usinas termoelétricas, pois são os fótons que movimentam as pás das turbinas, gerando, assim, energia elétrica.
(B) possui grande importância na produção de energia elétrica do nosso planeta, pois é responsável pela indução eletromagnética que ocorre nas turbinas das usinas hidrelétricas, já que os fótons são os portadores da radiação eletromagnética.
(C) possui como uma de suas aplicações os aquecedores solares, utilizados em casas que usam a energia dos fótons emitidos pelo Sol para aquecer a água, por absorção de radiação térmica, economizando-se, assim, energia elétrica.
(D) apresenta poucas aplicações práticas importantes, sendo, nos dias de hoje, um instrumento teórico muito utilizado pelos físicos.
(E) é o responsável pelo funcionamento correto da iluminação das vias públicas, uma vez que nos postes estão instalados sensores que, ao deixarem de absorver fótons provenientes do Sol, não realizam mais o efeito fotoelétrico e acionam as lâmpadas.
(Enunciado: Vestibular FMABC 2022, Medicina, Prova de Conhecimentos Gerais — FMABC/Vunesp.)
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem ao Centro Universitário FMABC e à Fundação VUNESP.
Resolução comentada
O que a questão pede: qual alternativa descreve corretamente uma aplicação do efeito fotoelétrico, que o texto define como a absorção de um fóton levando à liberação de um elétron.
Passo 1 — o que caracteriza o efeito. Luz entra, elétron sai (ou fica livre para conduzir). Então uma aplicação do efeito fotoelétrico é um dispositivo em que a luz gera ou controla uma corrente elétrica porque libera elétrons.
Passo 2 — o sensor do poste. É exatamente isso que acontece no sensor de luz (a fotocélula) que fica em cima dos postes. Durante o dia, os fótons do Sol liberam elétrons no material do sensor, e o circuito mantém a lâmpada apagada. Ao anoitecer, sem fótons, isso deixa de acontecer, e o circuito liga a lâmpada. A (E) está certa.
Por que não as outras:
• (A): numa termoelétrica, quem gira as turbinas é o vapor aquecido pela queima de combustível, não fótons;
• (B): numa hidrelétrica, a água gira a turbina e a indução eletromagnética acontece no gerador por movimento de ímãs e bobinas. Não há absorção de fótons arrancando elétrons;
• (C): o aquecedor solar esquenta a água por absorção de radiação, que vira energia térmica (agitação das moléculas). Isso é aquecimento, não ejeção de elétrons;
• (D): o efeito tem muitas aplicações práticas: sensores de presença e de luz, portas automáticas, câmeras, células fotoelétricas em geral.
Um detalhe, para quem quiser ir além: muitos sensores de poste são fotorresistores, em que o fóton não arranca o elétron para fora do material, mas o liberta dentro dele (o chamado efeito fotoelétrico interno). A ideia física é a mesma: luz absorvida liberando elétrons.
⚠️ A armadilha: a (C). O aquecedor solar também “usa a energia dos fótons do Sol”, e isso parece bastar. Mas ali a energia vira calor; no efeito fotoelétrico ela liberta elétrons.
A ideia em uma frase: efeito fotoelétrico é luz liberando elétrons; onde a luz liga ou desliga uma corrente elétrica (como no sensor do poste), ele está em ação.
Resposta: alternativa E (sensores de luz da iluminação pública).
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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