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Questão 89 (CFS 1) da EEAR 2024

CFS 1 · Física: Física quântica: fóton e efeito fotoelétrico

– O gráfico a seguir representa a relação entre a energia cinética máxima de elétrons emitidos, por efeito fotoelétrico, de um material exposto a uma radiação de determinada frequência. Assinale a alternativa que indica corretamente dois valores de frequência da radiação que resultarão em emissão de elétrons.

Gráfico da energia cinética máxima em função da frequência. No eixo horizontal da frequência estão marcados quatro pontos consecutivos: F1, F2, F3 e F4. A reta que representa a energia cinética máxima inicia-se no eixo horizontal em F2 com valor zero e cresce linearmente para frequências maiores.

  1. A
    \text{F}_1 e \text{F}_2
  2. B
    \text{F}_1 e \text{F}_3
  3. C
    \text{F}_3 e \text{F}_4
  4. D
    \text{F}_1 e \text{F}_4
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Resolução comentada

No efeito fotoelétrico, a energia do fóton é E = hf. Para arrancar um elétron, essa energia precisa superar a função trabalho \phi do material. A energia cinética máxima do elétron emitido é dada por:

E_{c,\text{máx}} = hf - \phi

Isso dá uma reta no gráfico. A reta cruza o eixo horizontal na frequência de corte f_0 = \phi/h. Abaixo dela, hf < \phi e nenhum elétron sai. Só há emissão quando f > f_0.

No gráfico, a reta começa em F_2 com energia cinética zero. Logo, f_0 = F_2.

  1. F_1 < F_2: está abaixo da frequência de corte, então não há emissão.
  2. F_2 = F_2: o fóton tem energia exatamente igual a \phi. O elétron é arrancado, mas com energia cinética nula, ou seja, não há emissão efetiva.
  3. F_3 > F_2: há emissão, com energia cinética positiva.
  4. F_4 > F_2: há emissão, com energia cinética maior ainda.

Os dois valores que resultam em emissão são F_3 e F_4.

Alternativa C.

Pegadinha: A alternativa A engana quem acha que F_2 já emite: nela a energia cinética é zero, pois é só o limiar.

Por que as outras alternativas estão erradas

  • AF_1 está abaixo da frequência de corte e F_2 é o próprio limiar, com energia cinética nula; nenhuma das duas produz emissão.
  • BF_1 está abaixo da frequência de corte e não emite elétrons.
  • DF_1 está abaixo da frequência de corte; só F_4 emite.

Assunto: Física quântica: fóton e efeito fotoelétrico.

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Fonte: EEAR 2024 · CFS 1. Prova oficial ↗