Santa Casa 2020 — questão 70 de Física

Gabarito DFísica moderna — energia do fóton e potência luminosa de um LEDMedicina · Prova de Conhecimentos Gerais · Versão 3
Enunciado — imagem da prova
Enunciado da questão 70 de Física do Santa Casa 2020

Enunciado em texto

Para explicar o fenômeno do efeito fotoelétrico, Einstein considerou que a luz é composta por fótons (partículas de luz) e que cada fóton transporta uma quantidade de energia, EFE_F, dada pela expressão EF=h⋅fE_F = h \cdot f, sendo f a frequência da onda associada à luz e h a constante de Planck, de valor 6,6×10−34 J⋅s6{,}6 \times 10^{-34}\ \text{J}\cdot\text{s}. Um LED que emite 6,0×10186{,}0 \times 10^{18} fótons a cada minuto e cuja luz tem frequência 5,0×10145{,}0 \times 10^{14} Hz emite com potência igual a

(A) 5,6×10−25{,}6 \times 10^{-2} W.

(B) 3,0×10−33{,}0 \times 10^{-3} W.

(C) 1,2×10−21{,}2 \times 10^{-2} W.

(D) 3,3×10−23{,}3 \times 10^{-2} W.

(E) 2,0 W.

(Enunciado: Vestibular Santa Casa 2020, Prova de Conhecimentos Gerais — FCMSCSP/Vunesp.)

Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à Faculdade de Ciências Médicas da Santa Casa de São Paulo (FCMSCSP) e à Fundação VUNESP.

Resolução comentada

O que a questão pede: a potência luminosa do LED: energia emitida por segundo.

Passo 1 — a energia de cada fóton:

EF=h f=6,6×10−34×5,0×1014E_F = h\,f = 6{,}6 \times 10^{-34} \times 5{,}0 \times 10^{14}

EF=3,3×10−19 JE_F = 3{,}3 \times 10^{-19}\ \text{J}

Passo 2 — a energia emitida em um minuto:

E=6,0×1018×3,3×10−19E = 6{,}0 \times 10^{18} \times 3{,}3 \times 10^{-19}

E=1,98 JE = 1{,}98\ \text{J}

Passo 3 — a potência. Potência é energia por tempo, e um minuto são 60 s:

P=1,9860=3,3×10−2 WP = \frac{1{,}98}{60} = 3{,}3 \times 10^{-2}\ \text{W}

⚠️ A armadilha: esquecer de dividir por 60 e tomar a energia de um minuto como potência: 1,98 ≈ 2,0 W, a alternativa E. Potência é por segundo.

A ideia em uma frase: potência luminosa = (número de fótons por segundo) × (energia de cada fóton, hf).

Resposta: alternativa D (3,3×10−23{,}3 \times 10^{-2} W).

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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