PUC-RS 2013 (inverno) — questão 10 de Física
Enunciado em texto
Os primeiros estudos detalhados sobre o efeito fotoelétrico foram realizados por Philipp Lenard. A explicação para o fenômeno, no entanto, só foi possível quando Einstein, baseado na teoria da quantização de Planck, propôs que toda radiação eletromagnética é constituída por quanta (plural de quantum) de energia, os fótons. De acordo com essa teoria, a energia de cada fóton é dada por E=hf, onde h representa a constante de Planck e f representa a frequência da radiação.
O gráfico a seguir mostra a energia cinética máxima dos elétrons ejetados em função da frequência da radiação (luz) incidente para dois materiais diferentes, A e B.
[Gráfico: energia cinética (vertical) × frequência (horizontal). Duas retas paralelas: a do material A começa no eixo da frequência num valor menor; a do material B começa num valor maior, mais à direita.]
De acordo com as informações apresentadas no texto e no gráfico, é correto afirmar que
(A) o número de fótons necessário para produzir efeito fotoelétrico no material A é maior do que no material B.
(B) a velocidade dos fótons necessária para produzir efeito fotoelétrico no material A é maior do que no material B.
(C) a energia mínima dos fótons necessária para produzir efeito fotoelétrico no material A é menor do que no material B.
(D) a energia cinética máxima dos elétrons ejetados do material A é igual à do material B, desde que a frequência da luz incidente seja a mesma.
(E) a energia cinética máxima dos elétrons ejetados de ambos os materiais independe da energia dos fótons incidentes.
(Enunciado e figura: Concurso Vestibular PUC-RS 2013 (Inverno) — PUCRS.)
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul (PUCRS).
Resolução comentada
O que a questão pede: o que o gráfico diz sobre os dois materiais.
Passo 1 — a equação de Einstein:
φ é a função trabalho, a energia mínima para arrancar um elétron do material. A reta corta o eixo da frequência em , a frequência de corte: abaixo dela não há efeito fotoelétrico.
Passo 2 — ler o gráfico. A reta de A corta o eixo antes da de B: . Então a energia mínima do fóton, , é menor para A. É a alternativa C.
Por que não as outras:
• (A) o efeito depende da energia de cada fóton, não do número de fótons: luz abaixo do corte não arranca elétrons, por mais intensa que seja.
• (B) todos os fótons andam à velocidade da luz, c.
• (D) com a mesma frequência, a reta de A está acima da de B: a energia cinética dos elétrons de A é maior (diferença igual a ).
• (E) as retas sobem: a energia cinética cresce com a frequência, ou seja, com a energia do fóton.
⚠️ A armadilha: a (A), que reflete a visão clássica (“mais luz, mais efeito”). O que Einstein explicou é justamente que cada elétron absorve um fóton só, e é a energia desse fóton que precisa superar φ.
A ideia em uma frase: no gráfico Ec × f, a reta que corta o eixo mais cedo é a do material com menor função trabalho.
Resposta: alternativa C.
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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