UEM 2015 (Inverno, Conhecimentos Específicos) — questão 17 de Física

Gabarito 18Física moderna — efeito fotoelétrico: frequência de corte, energia cinética máxima e intensidadeVestibular de Inverno · Conhecimentos Específicos de Física (somatória)
Enunciado — imagem da prova
Enunciado da questão 17 de Física do UEM 2015 (Inverno, Conhecimentos Específicos)

Enunciado em texto

Em um experimento de laboratório, um cientista faz incidir radiação eletromagnética sobre uma placa metálica e delgada de Fe usando uma fonte de intensidade e frequência (f) variáveis. Sabendo que essa placa está disposta no vácuo e que a função trabalho do Fe é ϕ=4,5\phi = 4{,}5 eV, assinale o que for correto.

Dados: h=6,63×10−34h = 6{,}63 \times 10^{-34} J.s; 1 eV = 1,6×10−191{,}6 \times 10^{-19} J.

(01) A frequência de corte dos elétrons da placa de Fe é de 2,41×10152{,}41 \times 10^{15} Hz.

(02) A energia cinética máxima dos elétrons que emergem da placa, quando sobre a mesma incide radiação de energia de 5,0 eV e intensidade I0I_0, é de 0,8×10−190{,}8 \times 10^{-19} J.

(04) A energia cinética máxima dos elétrons que emergem da placa, quando sobre a mesma incide radiação de energia de 5,0 eV e intensidade 4I04I_0, é de 3,2×10−193{,}2 \times 10^{-19} J.

(08) Como o Fe é um metal, sempre haverá a emergência dos elétrons da placa, independentemente dos valores ajustados de hf e I0I_0.

(16) A energia cinética máxima dos elétrons que emergem da placa é dada por EC(maˊx)=h⋅(f−f0)E_{C(\text{máx})} = h \cdot (f - f_0), sendo f0f_0 a frequência de corte dos elétrons da placa de Fe.

(Enunciado: Vestibular UEM 2015 (Inverno), Conhecimentos Específicos — UEM/CVU.)

Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à Universidade Estadual de Maringá (UEM), Comissão Central do Vestibular Unificado (CVU).

Resolução comentada

O que a questão pede: aplicar a equação de Einstein do efeito fotoelétrico, Ec,maˊx=hf−ϕE_{c,\text{máx}} = h f - \phi.

(01) Falsa. A frequência de corte é aquela em que o fóton tem energia exatamente igual à função trabalho:

ϕ=4,5⋅1,6⋅10−19\phi = 4{,}5 \cdot 1{,}6 \cdot 10^{-19}

ϕ=7,2⋅10−19 J\phi = 7{,}2 \cdot 10^{-19}\ \text{J}

f0=ϕhf_0 = \frac{\phi}{h}

f0=7,2⋅10−196,63⋅10−34f_0 = \frac{7{,}2 \cdot 10^{-19}}{6{,}63 \cdot 10^{-34}}

f0≈1,09×1015 Hzf_0 \approx 1{,}09 \times 10^{15}\ \text{Hz}

(02) Verdadeira. Com fótons de 5,0 eV:

Ec=5,0−4,5=0,5 eVE_c = 5{,}0 - 4{,}5 = 0{,}5\ \text{eV}

Ec=0,5⋅1,6⋅10−19E_c = 0{,}5 \cdot 1{,}6 \cdot 10^{-19}

Ec=0,8⋅10−19 JE_c = 0{,}8 \cdot 10^{-19}\ \text{J}

(04) Falsa. Quadruplicar a intensidade quadruplica o número de fótons (e de elétrons arrancados por segundo), mas cada fóton continua com 5,0 eV. A energia cinética máxima continua 0,8×10−190{,}8 \times 10^{-19} J.

(08) Falsa. Se hf<ϕhf < \phi (abaixo da frequência de corte), nenhum elétron sai, por mais intensa que seja a luz.

(16) Verdadeira. Como ϕ=hf0\phi = h f_0:

Ec,maˊx=hf−hf0=h (f−f0)E_{c,\text{máx}} = h f - h f_0 = h\,(f - f_0)

⚠️ A armadilha: a (04), multiplicar a energia por 4 junto com a intensidade. A intensidade muda quantos elétrons saem, não com que energia.

A ideia em uma frase: no efeito fotoelétrico, E_c,máx = hf − φ = h(f − f₀): depende só da frequência, nunca da intensidade.

Resposta: soma 18 (02 + 16).

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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