UNEMAT 2012 (2º semestre) — questão 5 de Física
Enunciado em texto
A solução do efeito fotoelétrico foi dada por Einstein, ao estabelecer que a energia da luz, ou seja, de qualquer onda eletromagnética, não se distribui uniformemente pelo espaço como sugere a Teoria ondulatória da luz, mas que ela se concentra em pequenos quanta (pacotes, mais tarde denominados de fótons) de energia.
Abaixo estão descritos três fenômenos da Física produzidos pela radiação eletromagnética:
I. A incidência da radiação eletromagnética provoca o aumento da condutividade de um material semicondutor, o que aumenta a excitação das cargas adicionais, causada pelos fótons da radiação incidente. Este efeito é empregado para acender as luzes das iluminações públicas quando escurece.
II. Os fótons da radiação incidente provocam o aparecimento de portadores de cargas, resultando uma diferença de potencial entre duas camadas de materiais semicondutores diferentes. Este efeito é empregado frequentemente nas células solares, por exemplo, nas que alimentam as estações espaciais e o telescópio Hubble.
III. Os corpos emitem calor para o ambiente através de radiações infravermelhas, as quais são capturadas por uma lente de um visor e dirigidas para uma placa de vidro revestida por um material que emite elétrons quando atingido por fótons de baixa energia. Este efeito é empregado nas câmaras de visão noturna e nos bombardeiros noturnos.
De acordo com os fenômenos descritos, pode-se afirmar que:
(A) I é um efeito fotoelétrico.
(B) II é um efeito fotoelétrico.
(C) III é um efeito fotoelétrico.
(D) I, II e III são efeitos fotoelétricos.
(E) I, II e III não são efeitos fotoelétricos.
(Enunciado: Concurso Vestibular UNEMAT 2012/2 — Unemat.)
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à Universidade do Estado de Mato Grosso (UNEMAT).
Resolução comentada
O que a questão pede: qual dos três fenômenos é o efeito fotoelétrico, no sentido em que ele foi explicado por Einstein.
Passo 1 — o que é o efeito fotoelétrico. No efeito fotoelétrico, a radiação incide num material e elétrons são arrancados dele, saindo para fora da superfície. Einstein explicou que cada elétron absorve um fóton inteiro, de energia , e só escapa se essa energia superar a energia que o prende ao material. A marca do fenômeno é essa: emissão de elétrons pelo material iluminado.
Passo 2 — analisar cada um.
• I — fotocondutividade: os fótons não arrancam elétrons do material; eles só os liberam dentro do semicondutor, que passa a conduzir melhor (é o LDR, sensor da iluminação pública). Nenhum elétron sai: é um efeito com nome próprio, a fotocondução.
• II — efeito fotovoltaico: os fótons criam portadores de carga na junção entre dois semicondutores, e aparece uma diferença de potencial (célula solar). De novo, nenhum elétron é emitido para fora: é o efeito fotovoltaico.
• III — efeito fotoelétrico: a placa é revestida por um material que emite elétrons quando atingido por fótons. Essa é exatamente a definição do efeito fotoelétrico, usado nos intensificadores de imagem dos visores noturnos.
Só o III é efeito fotoelétrico.
Por que não as outras: (A) e (B) dão o nome de efeito fotoelétrico à fotocondutividade e ao efeito fotovoltaico, em que não há emissão de elétrons; (D) junta os três sob o mesmo nome; (E) nega o III, que é o efeito fotoelétrico típico.
Atenção: os três fenômenos têm a mesma raiz quântica: um fóton absorvido dá energia a um elétron. Por isso alguns livros chamam a fotocondutividade e o efeito fotovoltaico de “efeito fotoelétrico interno”, e com essa nomenclatura ampla a alternativa (D) seria defensável. A banca usou o sentido estrito, o do texto da questão: efeito fotoelétrico é a emissão de elétrons por um material iluminado, e isso só acontece no III. É a leitura que dá a letra oficial, C.
⚠️ A armadilha: marcar a (D) porque “em todos há luz e elétrons”. Luz agindo sobre elétrons não basta; no efeito fotoelétrico os elétrons têm de sair do material.
A ideia em uma frase: efeito fotoelétrico é luz arrancando elétrons de um material; se os elétrons ficam dentro (fotocondução, célula solar), o efeito tem outro nome.
Resposta: alternativa C (só o III é um efeito fotoelétrico).
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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