UEM 2018 (Inverno, Conhecimentos Específicos) — questão 2 de Física
Enunciado em texto
Em seu trabalho inicial sobre a hipótese da existência dos quanta de energia, Einstein escreveu: “De fato, parece-me que as observações da ‘radiação de corpo negro’, fotoluminescência, produção de raios catódicos por luz ultravioleta e outros fenômenos associados à emissão ou transformação da luz podem ser facilmente entendidas se admitirmos que a energia da luz é distribuída de forma descontínua no espaço. De acordo com a hipótese aqui considerada, na propagação de um raio de luz emitido por uma fonte puntiforme, a energia não é continuamente distribuída sobre volumes cada vez maiores de espaço, mas consiste em um número finito de quanta de energia, localizados em pontos do espaço que se movem sem se dividir e que podem ser absorvidos ou gerados somente como unidades integrais.” (EINSTEIN, A. Sobre um ponto de vista heurístico a respeito da produção e transformação da luz. Annalen der Physik, v. 17, p. 132-148, 1905. In: STACHEL, J. (org.). O ano miraculoso de Einstein: cinco artigos que mudaram a face da física. Rio de Janeiro: Editora da UFRJ, 2001, p. 202). Em relação ao conceito de quantum de energia apresentado, assinale o que for correto.
(01) Ao empregar o conceito de quantum de energia, Einstein foi capaz de entender melhor apenas o fenômeno conhecido como efeito fotoelétrico.
(02) O quantum de energia é inversamente proporcional ao comprimento de onda da luz emitida por uma fonte puntiforme.
(04) A constante de proporcionalidade entre a energia e a frequência correspondentes a um quantum de luz é a constante de Planck.
(08) Para que no efeito fotoelétrico ocorra a remoção de um elétron de condução, a energia transferida pelo quantum de luz ao elétron do material atingido deve ser maior do que a função trabalho desse material.
(16) A explicação fornecida por Einstein para o efeito fotoelétrico levou cientistas a reverem o modelo ondulatório da luz vigente até então.
(Enunciado: Vestibular UEM 2018 (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: julgar afirmações sobre o fóton (quantum de luz) de Einstein.
(01) Falsa. O próprio trecho cita vários fenômenos: radiação de corpo negro, fotoluminescência, produção de raios catódicos por ultravioleta (o efeito fotoelétrico) “e outros”. Não foi “apenas” o efeito fotoelétrico.
(02) Verdadeira. A energia do quantum é
que é inversamente proporcional a .
(04) Verdadeira. Em , a constante é J·s, a constante de Planck.
(08) Verdadeira. Pela equação de Einstein, : o elétron só sai se a energia do fóton supera a função trabalho , a energia mínima para arrancá-lo do material. (No limite , ele sai com energia cinética nula; é a frequência de corte.)
(16) Verdadeira. O modelo puramente ondulatório não explicava a frequência de corte nem a independência entre a energia dos elétrons e a intensidade da luz. A explicação de Einstein obrigou a admitir um comportamento corpuscular da luz, abrindo caminho para a dualidade onda-partícula.
⚠️ A armadilha: a (01). O efeito fotoelétrico é o exemplo mais famoso (deu o Nobel a Einstein), mas a hipótese dos quanta foi apresentada para explicar um conjunto de fenômenos.
A ideia em uma frase: a luz troca energia em pacotes E = hf = hc/λ; no efeito fotoelétrico, cada fóton precisa ter, sozinho, energia para vencer a função trabalho.
Resposta: soma 30 (02 + 04 + 08 + 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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