UEL 2017 — questão 13 de Física
Enunciado em texto
Leia a charge a seguir e responda às questões de 12 a 14.
[Figura 1: charge em dois quadros, separados por um “CRASH!!”. No primeiro, duas lâmpadas acesas, uma de 60W e outra de 40W, lado a lado; um balão diz: “Tá se achando porque brilha mais que eu!”. No segundo quadro, depois do “CRASH!!”, as duas lâmpadas aparecem de novo, a da esquerda abatida, com olhos em “x”, e a de 40W à direita; um balão diz: “Droga! Estamos ligadas em série!”.]
(Disponível em: <http://tirinhasdefisica.blogspot.com.br/>. Acesso em: 27 abr. 2016.)
Considere que as lâmpadas descritas na charge emitem luz amarela que incide na superfície de uma placa metálica colocada próxima a elas.
Com base nos conhecimentos sobre o efeito fotoelétrico, assinale a alternativa correta.
a) A quantidade de energia absorvida por um elétron que escapa da superfície metálica é denominada de fótons e tem o mesmo valor para qualquer metal.
b) Se a intensidade luminosa for alta e a frequência da luz incidente for menor que a frequência-limite, ou de corte, o efeito fotoelétrico deve ocorrer na placa metálica.
c) Se a frequência da luz incidente for menor do que a frequência-limite, ou de corte, nenhum elétron da superfície metálica será emitido.
d) Quando a luz incide sobre a superfície metálica, os núcleos atômicos próximos da superfície absorvem energia suficiente e escapam para o espaço.
e) Quanto maior for a função trabalho da superfície metálica, menor deverá ser a frequência-limite, ou de corte, necessária para a emissão de elétrons.
(Enunciado e figura: Vestibular UEL 2017, 1ª fase — COPS/UEL.)
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à Universidade Estadual de Londrina (UEL) e à sua Coordenadoria de Processos Seletivos (COPS/UEL).
Resolução comentada
O que a questão pede: a afirmação correta sobre o efeito fotoelétrico.
Passo 1 — o modelo de Einstein. A luz chega em pacotes, os fótons, cada um com energia (h é a constante de Planck, f a frequência). Um elétron do metal absorve um fóton inteiro. Para escapar, ele precisa de pelo menos a função trabalho , que depende do metal:
Passo 2 — a frequência de corte. O elétron só sai se . A menor frequência que arranca elétrons é:
Abaixo de , nenhum elétron sai, por mais intensa que seja a luz: luz mais intensa é mais fótons, mas cada um continua fraco demais. É o que diz a (C).
Por que não as outras:
• (A): fóton é o pacote de luz, não o nome da energia que o elétron absorve; e a energia de cada fóton depende da frequência da luz, não do metal. O que muda de metal para metal é a função trabalho.
• (B): é o contrário do que se observa. Abaixo da frequência de corte não há emissão, qualquer que seja a intensidade.
• (D): quem escapa são elétrons. Os núcleos estão presos na rede do metal, e a energia de um fóton de luz visível nem chega perto da necessária para arrancá-los.
• (E): como , função trabalho maior exige frequência de corte maior.
Para a luz da charge: a luz amarela (cerca de 580 nm) tem fótons de uns 2,1 eV. Isso é menos que a função trabalho da maioria dos metais (a do zinco é cerca de 4,3 eV): numa placa de zinco, nenhum elétron sairia, por mais lâmpadas que se acendessem.
⚠️ A armadilha: a (B), pela intuição “luz mais forte, mais energia”. A intensidade muda o número de fótons; quem decide se um elétron escapa é a energia de cada fóton, ou seja, a frequência.
A ideia em uma frase: no efeito fotoelétrico manda a frequência: abaixo da frequência de corte nenhum elétron sai, não importa a intensidade.
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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