UNESP 2021 (2ª fase) — questão 55 de Física

Enunciado em texto
O efeito fotoelétrico é um processo em que ocorre a emissão de elétrons por uma placa metálica, chamados fotoelétrons, quando a radiação eletromagnética incide sobre ela com uma quantidade de energia suficiente para removê-los da superfície da placa. A quantidade mínima dessa energia que remove cada elétron é chamada função trabalho do metal (). No estudo desse efeito, considera-se que a energia () associada a um fóton de determinada radiação que se propaga com frequência f é dada pela expressão , em que h é uma constante positiva. Nesse processo, essa energia é totalmente absorvida por um elétron ligado à placa, sendo parte utilizada para removê-lo do metal e o restante transformada em energia cinética desse fotoelétron ().
[Figura: linhas onduladas, com o rótulo “Radiação incidente”, chegam a uma placa com o rótulo “Superfície metálica”; da placa saem duas linhas tracejadas que terminam em pequenos círculos (elétrons) com setas apontando para cima e para a direita, com o rótulo “Fotoelétrons emitidos”.]
A tabela apresenta as funções trabalho do sódio e do alumínio, expressas em joules.
| Metal | (J) |
|---|---|
| Sódio | |
| Alumínio |
Considere que uma radiação ultravioleta de comprimento de onda m, propagando-se no vácuo, incida sobre duas placas, uma feita de sódio e outra de alumínio. Sendo a velocidade da luz no vácuo m/s e adotando-se J · s, nessa situação somente a placa de
(A) alumínio emitirá fotoelétrons, cada um com J de energia cinética.
(B) alumínio emitirá fotoelétrons, cada um com J de energia cinética.
(C) sódio emitirá fotoelétrons, cada um com J de energia cinética.
(D) sódio emitirá fotoelétrons, cada um com J de energia cinética.
(E) alumínio emitirá fotoelétrons, cada um com J de energia cinética.
(Enunciado e figura: Vestibular Unesp 2021, 2ª fase — Unesp/Vunesp.)
Transcrição do enunciado original da prova, reproduzido para fins de estudo. Todos os direitos do enunciado pertencem à Universidade Estadual Paulista (Unesp) e à Fundação VUNESP.
Resolução comentada
O que a questão pede: qual das duas placas emite elétrons com essa radiação e com que energia cinética cada fotoelétron sai.
Passo 1 — a frequência da radiação. No vácuo, :
Passo 2 — a energia de cada fóton:
Passo 3 — compare com a função trabalho. Só há emissão se o fóton tiver energia pelo menos igual a Φ. No alumínio, J é maior que J: não há emissão. No sódio, J é menor: há emissão, e o que sobra vira energia cinética:
⚠️ A armadilha: achar que o metal com função trabalho maior “absorve mais” e por isso emite. É o contrário: Φ é o “preço” para arrancar o elétron, e no alumínio o fóton não tem energia para pagá-lo. Quem acerta a conta mas troca o metal marca a alternativa E. E não adianta mais fótons (radiação mais intensa): cada elétron absorve um fóton só.
A ideia em uma frase: no efeito fotoelétrico, cada fóton tem energia hc/λ; só arranca elétrons se ela superar a função trabalho, e a sobra vira energia cinética.
Resposta: alternativa D (só o sódio; J).
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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