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Questão 45 da UFPR 2008

1ª fase · Física: Física quântica: fóton e efeito fotoelétrico

O efeito fotoelétrico foi descoberto experimentalmente por Heinrich Hertz em 1887. Em 1905, Albert Einstein propôs uma explicação teórica para esse efeito, a qual foi comprovada experimentalmente por Millikan, em 1914. Essa comprovação experimental deu a Einstein o prêmio Nobel de Física de 1921. Em relação a esse efeito, assinale a alternativa correta.

  1. A
    O efeito fotoelétrico ocorre quando um elétron colide com um próton.
  2. B
    A teoria de Einstein considerou que a luz nesse caso se comporta como uma onda.
  3. C
    Esse efeito é observado quando fótons atingem uma superfície metálica.
  4. D
    Esse efeito é utilizado para explicar o funcionamento de fontes de laser.
  5. E
    Inexistem aplicações tecnológicas desse efeito em nosso cotidiano, pois ele ocorre somente no nível atômico.
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Resolução comentada

O efeito fotoelétrico é a emissão de elétrons por uma superfície, em geral metálica, quando ela recebe radiação eletromagnética (luz, ultravioleta) com frequência suficientemente alta.

Einstein explicou o fenômeno com a ideia de que a luz é formada por pacotes discretos de energia, os fótons. Cada fóton tem energia

E = h f

onde h é a constante de Planck e f é a frequência da luz.

Quando um fóton atinge o metal, ele cede toda a sua energia a um único elétron. Se hf for maior que a função trabalho \phi do metal, o elétron é arrancado, com energia cinética

E_c = hf - \phi

Agora, as alternativas:

  • Em A, o fenômeno não envolve colisão elétron-próton, e sim fótons incidindo sobre a matéria.
  • Em B, Einstein tratou a luz como partícula (fóton), e não como onda. O modelo ondulatório clássico não explicava o efeito.
  • Em C, a descrição está correta: o efeito ocorre quando fótons atingem uma superfície metálica.
  • Em D, o laser se baseia na emissão estimulada de radiação, um processo diferente.
  • Em E, há muitas aplicações cotidianas, como células fotoelétricas, portas automáticas, sensores e painéis solares.

Alternativa C.

Por que as outras alternativas estão erradas

  • AO efeito envolve fótons incidindo sobre a superfície, não colisão entre elétron e próton.
  • BEinstein tratou a luz como partículas (fótons), não como onda.
  • DO laser se baseia na emissão estimulada, não no efeito fotoelétrico.
  • EHá várias aplicações cotidianas, como células fotoelétricas, sensores e painéis solares.

Assunto: Física quântica: fóton e efeito fotoelétrico.

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Fonte: UFPR 2008 · 1ª fase. Prova oficial ↗