UFSC 2024 — questão 30 de Física
Enunciado em texto
O efeito fotoelétrico, uma descoberta fundamental na física moderna, foi explicado de forma abrangente por Albert Einstein em 1905, embora as características relacionadas a esse efeito já tenham sido apresentadas anteriormente. Antes da explicação de Einstein, muitos cientistas, incluindo Heinrich Hertz e Philipp Lenard, realizaram experimentos para entender as especificações de como os elétrons eram emitidos de uma superfície metálica quando expostos à luz. No entanto, essas observações não se alinhavam bem com as teorias clássicas da época, como a teoria ondulatória da luz.
Esse trabalho foi inicialmente recebido com certo ceticismo, pois contradizia a visão clássica da física. No entanto, os experimentos subsequentes, particularmente aqueles realizados por Robert Millikan, confirmaram sua compreensão com precisão notável. A explicação do efeito fotoelétrico de Einstein não só confirmou a natureza dual da luz como também localizou os fundamentos da teoria quântica. Em 1921, Einstein foi agraciado com o Prêmio Nobel de Física, não por sua teoria da relatividade, mas sim por sua explicação do efeito fotoelétrico, que tinha implicações profundas tanto para a física teórica quanto para aplicações tecnológicas.
Portanto, o efeito fotoelétrico foi um momento decisivo na história da física, pois marcou o início de uma nova era que remodelaria nossa compreensão da realidade em níveis fundamentais.
Sobre o efeito fotoelétrico, em que o elétron recebe um quanta de energia, E = h.f, é correto afirmar que:
(01) se essa energia E for maior que a função trabalho Φ, haverá energia suficiente para liberar o elétron com certa energia cinética.
(02) se a frequência f do quanta de energia for maior ou igual à frequência mínima, f ≥ Φ/h, o elétron é arrancado do metal e adquire energia cinética.
(04) se essa energia E for menor que a função trabalho Φ, haverá energia mínima suficiente para liberar o elétron.
(08) para aumentar a energia cinética dos fótons liberados, é necessário aumentar a intensidade da luz incidente.
(16) se essa energia E for exatamente o valor da função trabalho Φ, haverá energia suficiente apenas para liberar o elétron.
(Enunciado: Vestibular UFSC 2024 — UFSC/COPERVE.)
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC), Comissão Permanente do Vestibular (COPERVE).
Resolução comentada
O que a questão pede: aplicar a equação de Einstein do efeito fotoelétrico a cada situação.
A equação (formulário da prova): a energia do fóton paga a função trabalho, e o que sobra vira energia cinética (máxima) do elétron:
(01) Verdadeira. Se , sobra : o elétron sai com energia cinética.
(02) Falsa. Para , certo. Mas a afirmação inclui a igualdade: com (a frequência de corte), a energia do fóton só dá para arrancar o elétron, e . Ele não “adquire energia cinética”.
(04) Falsa. Se , o fóton não tem energia suficiente e nenhum elétron é liberado, por mais intensa que seja a luz.
(08) Falsa. Dois erros: quem é liberado são elétrons (fotoelétrons), não fótons; e a intensidade da luz aumenta o número de elétrons emitidos, não a energia cinética de cada um. Para aumentar , é preciso aumentar a frequência.
(16) Verdadeira. Com , : a energia basta exatamente para liberar o elétron, sem sobra.
⚠️ A armadilha: a (02), que parece certa à primeira vista. O “ou igual” é o problema: na frequência de corte o elétron sai, mas sem energia cinética.
A ideia em uma frase: no efeito fotoelétrico, Ec = hf − Φ: a frequência decide se há emissão e com quanta energia; a intensidade só decide quantos elétrons saem.
Resposta: soma 17 (01 + 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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