ITA 2019 — questão 11 de Física
Enunciado em texto
Dentro de uma câmara de vácuo encontra-se um o filamento aquecido por meio de uma fonte elétrica externa de d.d.p. . A radiação emitida por atinge o eletrodo metálico , que passa a emitir elétrons que podem ser coletados no eletrodo , acarretando a corrente medida num amperímetro. Uma segunda fonte externa, de d.d.p. , é conectada ao circuito conforme ilustrado na figura. Um obstáculo impede que receba radiação do filamento . Analise as seguintes afirmações:
I. A corrente aumenta sempre que aumenta e tende a um valor assintótico .
II. Toda a radiação que incide em pode causar ejeção de elétrons.
III. Para certo valor , é possível obter uma corrente invertida em relação ao sentido mostrado na figura.
IV. É possível ter para com dependente de .
Estão corretas
[Figura: dois eletrodos, (à esquerda) e (à direita), ligados por um fio externo que passa, em cima, pela fonte e pelo amperímetro A, com a seta da corrente apontando para a direita. Embaixo, o filamento (resistor) ligado à fonte ; dele sai radiação (setas onduladas) em direção a . Uma barra , entre o filamento e , bloqueia a radiação que iria para .]
A) todas as afirmações.
B) apenas I, II e III.
C) apenas I e IV.
D) apenas II e IV.
E) apenas I, II e IV.
(Enunciado e figura: Vestibular ITA 2019, 1ª fase — ITA.)
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem ao Instituto Tecnológico de Aeronáutica (ITA).
Resolução comentada
O que a questão pede: julgar quatro frases sobre uma montagem de efeito fotoelétrico.
Passo 1 — a montagem. O filamento quente emite radiação; a parte dela que tem frequência suficiente arranca elétrons de (efeito fotoelétrico). Esses elétrons saem com energias cinéticas de zero até um máximo e voam para , fechando o circuito pela fonte e pelo amperímetro. não recebe radiação (o obstáculo a bloqueia), então não emite elétrons.
Passo 2 — a afirmação I. Quanto maior (no sentido que acelera os elétrons para ), maior a fração dos elétrons emitidos que chega a ; quando todos chegam, a corrente satura: ela cresce com e se aproxima de um valor máximo , a curva característica clássica da fotocélula. Verdadeira, nesse sentido (abaixo do potencial de corte a corrente é nula e não varia, mas a banca aceitou a frase como descrição da curva).
Passo 3 — a afirmação II. Falsa. Só fótons com frequência acima da frequência de corte do metal () arrancam elétrons. Um filamento incandescente emite muito infravermelho, cujos fótons não têm energia para isso, não importa quantos sejam.
Passo 4 — a afirmação III. Falsa. Com , os elétrons de são freados; com tensão inversa suficiente (o potencial de corte), nenhum chega a e a corrente zera. Mas para inverter a corrente, teria de emitir elétrons em direção a , e ele não recebe radiação nenhuma.
Passo 5 — a afirmação IV. Verdadeira. Com , os elétrons ainda saem de com energia cinética e parte deles alcança : . E essa corrente depende de : a tensão no filamento muda a temperatura dele, logo a intensidade e o espectro da radiação, logo quantos elétrons são arrancados.
Passo 6 — conclusão: corretas I e IV.
⚠️ A armadilha: achar que "toda radiação" arranca elétrons, só que com menos energia, e marcar a (E). No efeito fotoelétrico o que decide é a frequência de cada fóton, não a intensidade: abaixo da frequência de corte, não sai elétron nenhum.
A ideia em uma frase: na fotocélula, só fótons acima da frequência de corte arrancam elétrons; a tensão aplicada só decide quantos deles chegam ao coletor, e não pode fazer o coletor, no escuro, emitir.
Resposta: alternativa C (apenas I e IV).
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.
Prefere navegar prova por prova? Abra esta questão no Filatte Resolve.