Efeito Fotoelétrico

Introdução à Física Moderna

A Física clássica, das leis que regem os a Cinemática, a Dinâmica, a Óptica, a Ondulatória, o Eletromagnetismo, etc. que explicam o funcionamento dos nossos aparelhos elétricos e eletrônicos, dos carros, trens,  e que são partes importantes e relevantes da Física, continua sendo válida, precisa,  e até sendo aperfeiçoada.

No entanto, só é aplicável dentro de determinados limites.

Mas, quando você quer resolver problemas que envolvam ordens de grandeza na  descrição da natureza, de ordens muito pequenas (micro) até ordens muito elevadas (macro) deve-se recorrer à física moderna cuja evolução, a partir do século XIX e início de  XX se tornou vertiginosa, teoricamente e tecnologicamente.

Graças Física Moderna surgiram inúmeras descobertas científicas em todos os ramos da física, desde a medicina até a física atômica e nuclear, que estão sendo utilizadas no benefício da humanidade.

Algumas, dentre as inúmeras: Telefones celulares, micro computadores, câmeras digitais,

transmissão de sons e imagens em tempo real através de satélites artificiais, células fotoelétricas, raios X, ultra-sons, ressonância magnética, cirurgias a laser, injeção eletrônica nos carros, etc.

Devido ao fato de a Física Moderna estar muito relacionada com o funcionamento de muitos aparelhos do cotidiano da maioria das pessoas, a introdução do assunto no ensino médio é muito interessante, e seu conteúdo está sendo exigido cada vez mais nos principais vestibulares do país.

Resumo histórico da Física Moderna

A Física Moderna começou a ser pesquisada e desenvolvida no final do século XIX e início do século XX, principalmente nas três primeiras décadas do século passado e principalmente através da teoria da relatividade proposta por Albert Einstein e a teoria

quântica proposta por Max Planck.

Toda essa teoria já resultou, no final do século XX, em toda tecnologia conhecida hoje.

Atualmente a tentativa é unificar a teoria da relatividade  com a teoria da mecânica quântica na tendência de explicar o Universo, do extremamente grande ao infinitamente pequeno. 

Ondas eletromagnéticas – Definição e Histórico

Surgem quando um condutor que é percorrido por uma corrente elétrica origina ao seu redor um campo magnético que só existe enquanto houver corrente.

Assim, um campo magnético deve gerar também um campo elétrico. Quando um desses campos varia, o outro também sofre variação. Baseado nesse fenômeno, James Clerk Maxwell (1831-1879) concluiu que, se um campo elétrico variável faz surgir um campo magnético variável, este deve fazer surgir um outro campo elétrico variável e assim por diante. 

Esse encadeamento, através do espaço de campos elétricos e magnéticos constitui as ondas eletromagnéticas.

Através de seus estudos teóricos para a fundamentação do eletromagnetismo Maxwell conseguiu obter o valor da velocidade da luz (onda eletromagnética) no vácuo como sendo de v =c = 3,0.10⁸m/s.

Somente oito anos depois da morte de Maxwell, em 1887, Heinrich Rudolf Hertz (1857-1894), em uma série de experimentos conseguiu produzir essas ondas eletromagnéticas, (também chamadas  de ondas hertzianas em sua homenagem) e, confirmando as previsões teóricas de Maxwell, permitiu o nascimento de uma nova era tecnológica: a da transmissão de informação através de ondas eletromagnéticas.

A partir daí, o desenvolvimento das tecnologias permitiu tirar delas todos os imensos benefícios que hoje desfrutamos e que iremos desfrutar.

Efeito fotoelétrico

Heinrich Rudolf Hertz, em 1887, detectou e gerou em laboratório, em uma série de experiências que, 

experiências que, quando a luz (onda eletromagnética, radiação eletromagnética) de freqüência suficientemente alta incide sobre a superfície de um metal, ela pode retirar elétrons do mesmo.

Esse fenômeno ficou conhecido como efeito fotoelétrico.

Experiências que ilustram o efeito fotoelétrico

A figura abaixo ilustra uma experiência simples que permite observar o efeito fotoelétrico.

No interior da ampola de vidro existe vácuo e entre as placas A e B existe uma diferença de potencial variável U = V_A – V_B.   

Sem a incidência de radiação

eletromagnética, não existe corrente elétrica no circuito.

Com a incidência de radiação eletromagnética na placa B, mantida num potencial elétrico menor que a placa A, surge uma corrente elétrica (movimento ordenado de elétrons que são extraídos da placa B), e que é medida pelo galvanômetro (amperímetro).

 Outra experiência simples que demonstra a existência do efeito fotoelétrico  Quando um bastão eletrizado com cargas, por exemplo, negativas é encostado na esfera do eletroscópio que estava neutro (hastes fechadas), o bastão transfere cargas ao eletroscópio, eletrizando-o e abrindo as hastes de determinado ângulo.

Em seguida, se você fizer incidir radiação eletromagnética (por exemplo, luz) sobre a esfera do eletroscópio, o ângulo entre as duas hastes diminui, assinalando uma diminuição da carga em excesso no eletroscópio devido à emissão de elétrons causada pelo efeito fotoelétrico.

Explicação do Efeito Fotoelétrico

 Foi Albert Einstein que explicou corretamente o efeito fotoelétrico em 1921, recebendo por isso o prêmio Nobel da Física.

Segundo Einstein a energia de qualquer radiação luminosa (inclusive luz) não se espalha uniforme e continuamente pelo espaço mas, sim, concentrada em pequenos “pacotes”que carregam uma quantidade bem definida de energia.

Cada um desses pacotes é denominado quantum de energia e esse modelo construído por Einstein recebeu o nome de teoria  dos quanta. 

Quanta, em latim é plural de quantum, que significa “quantidade”.

Esses quanta de energia radiante foram denominados de fótons. 

O fóton, como qualquer partícula, possui uma certa energia (W), e a relação energia (W) e frequência (f), é proporcional e está relacionada por uma constante, a constante de Planck (h).

Observações:

elétron-volt (eV) e joule (J) são unidades de energia e a relação entre elas é 1 eV = 1,6.10^-19 J.

A equação W = h.f é usada para calcular a energia de um fóton quando é dada a freqüência. Nessa equação a energia W é calculada em joule (J) quando o valor de h é substituído por h = 6,63.

10^-34 J.s e, em elétron-volt (eV) quando a constante de Planck h é substituída por h = 4,14.10^-15 eV.

A velocidade de uma onda (partícula, fóton) é calculada por v = c = λf isolando a frequência f = v/λ e substituindo na equação da energia (W = hf) você irá encontrar uma nova expressão para o cálculo da energia (W) em função do comprimento de onda (λ

Condições para que ocorra o efeito fotoelétrico

Como já vimos, o efeito fotoelétrico é interpretado como a absorção de um fóton pela matéria, levando à ejeção de um elétron.

Os elétrons que giram à volta do núcleo são aí mantidos por forças de atração.

Se eles receberem energia suficiente (energia mínima de extração), eles abandonarão as suas órbitas.

O efeito fotoelétrico só surge se o metal receber um feixe de radiação com energia superior à energia mínima de remoção dos elétrons do metal, provocando a sua saída das órbitas o que pode ocorrer sem energia cinética (se a energia da radiação for igual à energia de remoção) ou com energia cinética,( se a energia da radiação exceder a energia de remoção dos elétrons).

Essa energia mínima (W_min) para extrair um elétron da placa metálica é denominada função trabalho e está relacionada com o tipo de metal utilizado. 

Se a energia do fóton que incide (W = h.f) for maior que a função trabalho (W_min) a energia em excesso será energia cinética (E_c), de modo que  W_min = W – Ec    W_min = h.f – E_c

(equação fotoelétrica de Einstein).

Da equação W = h.f f_o = W/h f_o é a frequência mínima (frequência de corte) a partir da qual os elétrons são extraídos do metal.

Assim, nenhum elétron é emitido pelo metal enquanto a frequência da luz (fótons) incidente não ultrapassar um certo limite de frequência, denominada frequência de corte (f_o).

Gráfico da energia cinética do elétron extraído em função da frequência da radiação do (fóton, luz) incidente.

A figura ao lado mostra o gráfico da energia cinética do elétron extraído em função da frequência da radiação do fóton (luz) incidente, para uma mesma placa metálica (célula fotoelétrica).

f_o é a frequência mínima (frequência de corte) necessária para produzir o efeito fotoelétrico.

Se f = f_o o elétron é liberado, mas sua energia cinética é nula.

Para frequências inferiores a f_o o fenômeno não ocorre (nenhum elétron é liberado).

Porém, para valores superiores a f_o, o número de elétrons arrancados é diretamente proporcional à intensidade da radiação eletromagnética incidente, ou seja, aumentando a intensidade “número” da radiação incidente no metal, aumenta-se o nível energético dos fótons incidentes, aumentando assim o número de elétrons arrancados.

Observe no gráfico que, para a mesma placa (mesma frerquência de corte f_o), à medida que a freqüência da radiação incidente aumenta, a energia cinética dos elétrons emitidos também aumenta.

Mas, para a mesma freqüência f, a energia cinética dos elétrons emitidos é sempre a mesma, pois, E_c = hf – W = h.f – h.f_o  = constante₁ – constante₂ = constante.

Aumentando-se a intensidade da radiação incidente, isto é, aumentando-se o número de fótons incidentes, aumenta o número de elétrons emitidos (figura acima) sem alterar a energia cinética máxima deles.

Abaixo de f_o não há emissão de elétrons, independentemente da intensidade da radiação incidente.

Algumas das muitas utilidades práticas do efeito fotoelétrico

Dualidade da luz

Quando a luz interage com a matéria através de absorção, emissão, choques, etc., ela se comporta como partícula, mas para os fenômenos referentes à sua propagação, reflexão, refração, interferência, etc., ela se comporta como onda.

 O físico francês Louis de Broglie apresentou, em 1924, a seguinte hipótese que, depois, em 1927 foi comprovada experimentalmente: “partículas também possuem propriedades ondulatórias”.

Das equações E = W = m.c²    c velocidade da luz no vácuo    W = h.f    c = λf    f = c/λ

mc² = hf    mc² = h(c/λ)    λ = h/mc    mc = Q quantidade de movimento λ = h/Q  

Nessa expressão λ = h/Q  , como h é constante, a quantidade de movimento Q = mV evidencia o caráter corpuscular da luz (m é massa da particula) enquanto que o comprimento de onda λ evidencia seu caráter ondulatório.

As naturezas ondulatória e corpuscular da luz são complementares e não antagônicas

O que você deve saber, informações e dicas

Observe na tabela ao lado que a freqüência e consequentemente o nível de energia dos fótons incidentes aumenta do vermelho para o violeta.

A equação W = h.f é usada para calcular a energia de um fóton quando é dada a freqüência. Nessa equação a energia W é calculada em joule (J) quando o valor de h é substituído por h = 6,63.

10^-34 J.s e, em elétron-volt (eV) quando a constante de Planck h é substituída por h = 4,14.10^-15 eV.

elétron-volt (eV) e joule (J) são unidades de energia e a relação entre elas é 1 eV = 1,6.10^-19 J.

A figura ao lado mostra o gráfico da energia cinética do elétron extraído em função da frequência da radiação do fóton (luz) incidente, para uma mesma placa metálica (célula fotoelétrica).

f_o é a frequência mínima (frequência de corte) necessária para produzir o efeito fotoelétrico.

Se f = f_o o elétron é liberado, mas sua energia cinética é nula.

Para frequências inferiores a f_o o fenômeno não ocorre (nenhum elétron é liberado).

Os elétrons são emitidos imediatamente. Não existe atraso de tempo entre a incidência da luz e a emissão dos elétrons.

Para valores superiores a f_o (frequência de corte), o número de elétrons arrancados é diretamente proporcional à intensidade da radiação eletromagnética incidente, ou seja, aumentando a intensidade “número” da radiação incidente no metal, aumenta-se o nível energético dos fótons incidentes, aumentando assim o número de elétrons arrancados.

Da equação W = h.f f_o = W/h f_o é a frequência mínima (frequência de corte) a partir da qual os elétrons são extraídos do metal.

Assim, nenhum elétron é emitido pelo metal enquanto a frequência da luz (fótons) incidente não ultrapassar um certo limite de frequência, denominada frequência de corte (f_o).

Observe no gráfico que, para a mesma placa (mesma frerquência de corte f_o), à medida que a freqüência da radiação incidente aumenta, a energia cinética dos elétrons emitidos também aumenta.

Mas, para a mesma freqüência f, a energia cinética dos elétrons emitidos é sempre a mesma, pois, E_c = hf – W = h.f – h.f_o  = constante₁ – constante₂ = constante.

Aumentando-se a intensidade da radiação incidente, isto é, aumentando-se o número de fótons incidentes, aumenta o número de elétrons emitidos (figura acima) sem alterar a energia cinética máxima deles.

Abaixo de f_o não há emissão de elétrons, independentemente da intensidade da radiação incidente.

A emissão e a energia  dos elétrons arrancados dependem da freqüência e não da intensidade da

radiação eletromagnética incidente.

A energia cinética máxima é fornecida pela expressão E_c = e.V_o (e carga de 1 elétron e V_o potencial de corte)

O potencial de corte é o mesmo qualquer que seja a intensidade da radiação eletromagnética incidente.

A energia cinética do elétron emitido é dada pela equação Ec = mv²/2 = hf – W, em que o termo hf é a energia cedida ao elétron pela luz, sendo h a constante de Planck e f a frequência da luz incidente.

O termo W é a energia que o elétron tem que adquirir para poder sair do material, e é chamado função trabalho do metal.

Sendo c a velocidade da luz no vácuo (c=3,0.10⁸m/s), λ o comprimento de onda da radiação (luz) do fóton incidente e f a freqüência da onda (luz, elétrons) emitida, tem-se    c = λf    W = hf  W = h.(c/λ).

Observe na expressão W = h.(c/λ) que, como h e C são constantes, a energia do fóton (quantum) necessária para liberar elétrons (emitir luz) é inversamente proporcional ao comprimento de onda. 

Assim, como, por exemplo, a cor vermelha tem baixa freqüência (ou grande comprimento de onda λ), os fótons de luz vermelha têm baixa energia e não conseguem arrancar elétrons.

Mas, a cor azul (pequeno comprimento de onda e grande frequência), possui mais energia e consegue arrancar elétrons.

 A luz tem caráter dual: Quando a luz interage com a matéria através de absorção, emissão, choques, etc., ela se comporta como partícula, mas para os fenômenos referentes à sua propagação, reflexão, refração, interferência, etc., ela se comporta como onda.

"De acordo com a teoria formulada em 1900 pelo físico alemão Max Planck, a matéria emite ou

absorve energia eletromagnética de maneira descontínua emitindo ou absorvendo fótons, cuja energia é proporcional à frequência da radiação eletromagnética envolvida nessa troca de energia."

Alguns exercícios interessantes a que convém conferir as resoluções

01-(UFRN) Bárbara ficou encantada com a maneira de Natasha explicar a dualidade onda-partícula, apresentada nos textos de Física Moderna.

Natasha fez uma analogia com o processo de percepção de imagens, apresentando uma explicação baseada numa figura muito utilizada pelos psicólogos da Gestalt.

Seus esclarecimentos e a figura ilustrativa são reproduzidos a seguir:

Figura citada por Natasha, na qual dois perfis formam um cálice e vice-versa.

A minha imagem preferida sobre o comportamento dual da luz é o desenho de um cálice feito por dois perfis.

Qual a realidade que percebemos na figura? Podemos ver um cálice ou dois perfis, dependendo de quem consideramos como figura e qual consideraremos como fundo, mas não podemos ver ambos simultaneamente.

É um exemplo perfeito de realidade criada pelo observador, em que nós decidimos o que vamos observar.

A luz se comporta de forma análoga, pois, dependendo do tipo de experiência ("fundo"), revela sua natureza de onda ou sua natureza de partícula, sempre escondendo uma quando a outra é mostrada.

Diante das explicações acima, é correto afirmar que Natasha estava ilustrando, com o comportamento da luz, o que os físicos chamam de princípio da:

a) incerteza de Heisenberg.                  

b) complementaridade de Bohr.                     

c) superposição.                 

d) relatividade.

Resolução:

As naturezas ondulatória e corpuscular da luz são complementares e não antagônicas    R- B 

02-(UFMG-MG) Em alguns laboratórios de pesquisa, são produzidas antipartículas de partículas fundamentais da natureza. Cite-se, como exemplo, a antipartícula do elétron - o pósitron -, que tem a mesma massa que o elétron e carga de mesmo módulo, porém positiva. Quando um pósitron e um elétron interagem, ambos podem desaparecer, produzindo dois fótons de mesma energia.

Esse fenômeno é chamado de aniquilação. Com base nessas informações,

a) Explique o que acontece com a massa do elétron e com a do pósitron no processo de aniquilação.

Considere que tanto o elétron quanto o pósitron estão em repouso.

b) Calcule a frequência dos fótons produzidos no processo de aniquilação.

Dado que a massa do elétron é 9,1.10^-31kg, a velocidade da luz no vácuo é 3.10⁸m/s e a constante de Planck é 6,6.10^-34J.s.

Resolução:

 a) As energias dos fótons que surgiram foram obtidas através das massas do elétron e do pósitron

que desapareceram no processo de aniquilação.

Essa transformação de massa em energia é explicada pela teoria da relatividade de Einstein na equação E = mc², onde m é a quantidade de massas convertidas em energia e c a velocidade da luz no vácuo, de valor c = 3,0.10⁸ ms.

b) A energia de um fóton (E) e a sua frequência (f) estão relacionadas pela expressão E = h . f, em que h é a constante de Planck.

Igualando as energias dos dois fótons ao equivalente em energia das massas das partículas aniquiladas (elétron e pósitron)    E_fótons = E_{massas equivalentes}     2.(h.f) = 2.M_elétron .c²   

6,6.10^-34.f = 9,1.10^-31.(3.10⁸)²    f = 1,2.10²⁰ Hz.

03-(UFPE-PE)

O césio metálico tem uma função trabalho (potencial de superfície) de 1,8 eV.

Qual a energia cinética máxima dos elétrons, em eV, que escapam da superfície do metal quando ele é iluminado com luz ultravioleta de comprimento de onda igual a 327 nm? Considere: 1eV=1,6.10^-19J; h=6,63.10^-34J.s e C=3,0.10⁸m/s

Resolução:

E_{cin.máx .}= h.f – W    V = c = λf    f = C/λ    E_{cin.máx .}= h.(C/λ) - W W = 6,63.10³⁴.(3.10⁸/327. 10^-9) – 1,8.1,6.10^-19    E_cin.máx.=3,8 – 1,8   E_cin.máx.=2,0 eV.

Resolução:

a) Dados: m₁ = m₂ = 2 g = 2.10^-3 kg; c = 3.10⁸ m/s    a massa a ser convertida em energia é m = m₁ + m₂ = 4.10^-3 kg      da equação de Einstein, a energia liberada na aniquilação é    E_lib = mc²    E_lib = 4.10^-3.(3.10⁸)²    E_lib = 4.10^-3.9.10¹⁶    E_lib = 3,6.10¹⁴ J.

b) Dados     população de 1 milhão de habitantes    N = 10⁶ habitantes    consumo médio  100 kWh/habitante.mês.  

Lembrando que 1 kWh = 3,6.10⁶ J, a potência consumida mensalmente pela cidade é     P_otcons = 100.10⁶.3,6.10⁶ = 360.10¹²    P_otcons=3,6.10¹⁴ J/mês    P_otcons = E_lib/Δt    3,6.10¹⁴ = 3,6.10¹⁴/Δt     

Δt = 1 mês.

 Exercícios de vestibulares com resolução comentada sobre

Efeito Fotoelétrico

01-(UFRS-RS) Assinale a alternativa que preenche corretamente a lacuna do parágrafo abaixo. O ano de 1900 pode ser

considerado o marco inicial de uma revolução ocorrida na Física do século XX. Naquele ano, Max Planck apresentou um artigo à Sociedade Alemã de Física, introduzindo a idéia da .......... da energia, da qual Einstein se valeu para, em 1905, desenvolver sua teoria sobre o efeito fotoelétrico.

a) conservação                       

b) quantização                       

c) transformação                    

d) conversão                      

e) propagação

02-(UFRGS) Selecione a alternativa que apresenta as palavras que completam corretamente as lacunas, pela ordem, no seguinte texto relacionado com o efeito fotoelétrico.

O efeito fotoelétrico, isto é, a emissão de ..... por metais sob a ação da luz, é um experimento dentro de um contexto físico

extremamente rico, incluindo a oportunidade de pensar sobre o funcionamento do equipamento que leva à evidência experimental relacionada com a emissão e a energia dessas partículas, bem como a oportunidade de entender a inadequacidade da visão clássica do fenômeno. Em 1905, ao analisar esse efeito, Einstein fez a suposição revolucionária de que a luz, até então considerada como um fenômeno ondulatório, poderia também ser concebida como constituída por conteúdos energéticos que obedecem a uma distribuição ..... , os quanta de luz, mais tarde denominados ..... .

a) fótons - contínua - fótons      

b) fótons - contínua - elétrons      

c) elétrons - contínua - fótons      

d) elétrons - discreta - elétrons

e) elétrons - discreta - fótons

03-(UFLA-MG)

A musica de Gilberto Gil fala do átomo, das partículas subatômicas e algumas de suas características. Segundo a evolução dos modelos atômicos e os conceitos de estrutura atômica, assinale a alternativa CORRETA.

a) O elétron possui carga negativa (–1,602.10^-19 C) e sua massa e tão pequena que não pode ser medida.

b) Segundo Planck, a energia só pode ser emitida ou absorvida pelos átomos em pacotinhos. Cada pacotinho contem certa quantidade de energia.

c) Diferentemente dos elétrons e dos prótons, os nêutrons não possuem carga e tem massa cerca de 10.000 vezes maior que a do próton.

d) De acordo com a física moderna, a radiação eletromagnética é uma partícula e não uma onda.

 04-(UDESC-SC)  Foi determinado experimentalmente que, quando se incide luz sobre uma superfície metálica, essa superfície emite elétrons. Esse fenômeno é conhecido como efeito fotoelétrico e foi explicado em 1905 por Albert Einstein, que ganhou

em 1921 o Prêmio Nobel de Física, em decorrência desseTRABALHO. Durante a realização dos experimentos desenvolvidos para compreender esse efeito, foi observado que:

1. os elétrons eram emitidos imediatamente. Não havia atraso de tempo entre a incidência da luz e a emissão dos elétrons.

2. quando se aumentava a intensidade da luz incidente, o número de elétrons emitidos aumentava, mas não sua energia cinética.

3. a energia cinética do elétron emitido é dada pela equação Ec = mv²/2 = hf – W, em que o termo hf é a energia cedida ao elétron pela luz, sendo h a constante de Planck e f a frequência da luz incidente. O termo W é a energia que o elétron tem que adquirir para poder sair do material, e é chamado função trabalho do metal.

Considere as seguintes afirmativas:

I – Os elétrons com energia cinética zero adquiriram energia suficiente para serem arrancados do metal.

II – Assim como a intensidade da luz incidente não influencia a energia dos elétrons emitidos, a freqüência da luz incidente também não modifica a energia dos elétrons.

III – O metal precisa ser aquecido por certo tempo, para que ocorra o efeito fotoelétrico.

Assinale a alternativa correta.

a) Somente a afirmativa II é verdadeira                                         

b) Todas as afirmativas são verdadeiras

c) Somente as afirmativas I e II são verdadeiras                            

d) Somente a afirmativa III é verdadeira

e) Somente a afirmativa I é verdadeira.        

05-(UNEB-BA) De acordo com o físico Max Planck, que introduziu o conceito de energia quantizada, a luz, elemento imprescindível para manutenção da vida na Terra, como toda radiação eletromagnética, é constituída por pacotes de energia denominados:

01) bárions.                    

02) dipolos.                          

03) íons.                     

04) pulsos.                     

05) fótons.

06-(UFRS) A tabela mostra as frequências (f) de três ondas eletromagnéticas que se propagam no vácuo. Comparando-se essas três ondas, verifica-se que:

a) a energia de um fóton associado à onda X é maior do que a energia de um fóton associado à onda Y.
b) o comprimento de onda da onda Y é igual ao dobro do da onda Z.
c) à onda Z estão associados os fótons de maior energia e de menor quantidade de movimento linear.
d) a energia do fóton associado à onda X é igual à associada à onda Y
e) as três ondas possuem o mesmo comprimento de onda.

07-(UEG-GO) A figura abaixo descreve o efeito fotoelétrico.

Esse experimento contribuiu para a descoberta da

a) dualidade onda-partícula da luz.

b) energia de ionização dos metais.

c) emissão continua de radiação por um corpo aquecido.         

d) descrição da ligação química entre elementos metálicos.

08-(UNIMONTES-MG) O efeito fotoelétrico ocorre quando uma radiação eletromagnética, por exemplo, a ultravioleta, incide sobre uma placa metálica, provocando a emissão de elétrons por essa placa, como mostra a figura a seguir.

Esse efeito tem aplicações importantes em sistemas como alarmes, portões eletrônicos, etc. O efeito fotoelétrico foi também utilizado por Bohr para propor seus postulados. Relacionando tal efeito com o modelo atômico proposto por Bohr, é INCORRETO afirmar que:

a) o elétron deve receber uma energia mínima suficiente para sua emissão da placa metálica.

b) a emissão de elétrons que estiverem mais próximos do núcleo requer radiação mais energética.

c) a quantidade de energia, para que ocorra o efeito fotoelétrico, é a mesma para qualquer metal.

d) a radiação absorvida, em parte, e convertida em energia cinética pelo elétron que foi emitido.

09-(UFMG-MG) Para se produzirem fogos de artifício de diferentes cores, misturam-se diferentes compostos químicos à pólvora. Os compostos à base de sódio produzem luz amarela e os à base de bário, luz verde. Sabe-se que a frequência da luz amarela é

menor que a da verde. Sejam E_Na, e E_Ba as diferenças de energia entre os níveis de energia envolvidos na emissão de luz pelos átomos de sódio e de bário, respectivamente, e v_Na e v_Ba as velocidades dos fótons emitidos, também respectivamente.
Assim sendo, é correto afirmar que:

a) E_Na < E_Ba e v_Na = v_Ba      b) E_Na < E_Ba e v_Na v_Ba      c) E_Na > E_Ba e v_Na = v_Ba      d) E_Na> E_Ba e v_Na v_Ba

10-(UFRGS) "De acordo com a teoria formulada em 1900 pelo físico alemão Max Planck, a matéria emite ou absorve energia eletromagnética de maneira ...... emitindo ou absorvendo ......, cuja energia é proporcional à .... da radiação eletromagnética envolvida nessa troca de energia."

Assinale a alternativa que, pela ordem, preenche corretamente as lacunas:

a) contínua - quanta - amplitude             

b) descontínua - prótons - frequência               

c) descontínua - fótons - frequência

d) contínua - elétrons - intensidade         

e) contínua - nêutrons - amplitude

11-(PUC-MG) O efeito fotoelétrico é um fenômeno pelo qual:

a) elétrons são arrancados de certas superfícies quando há incidência de luz sobre elas.  

b) as lâmpadas incandescentes comuns emitem um brilho forte.
c) as correntes elétricas podem emitir luz.
d) as correntes elétricas podem ser fotografadas.
e) a fissão nuclear pode ser explicada.

 12-(UFRGS) No efeito fotoelétrico ocorre a variação da quantidade de elétrons emitidos por unidade de tempo e da sua energia quando há variação de certas grandezas características da luz incidente na fotocélula.

Associe as variações descritas na coluna da direita com as grandezas da luz incidente, mencionadas na coluna da esquerda.

A relação numérica, de cima para baixo, da coluna da direita, que estabelece a seqüência de associações corretas é:

a) 1 - 2                     

b) 1 - 3                        

c) 2 - 1                         

d) 2 - 3                         

e) 3 - 1

13-(UNIMONTES-MG) No efeito fotoelétrico, elétrons são ejetados de uma superfície metálica, através da incidência de luz sobre ela. A equação de Einstein para o efeito fotoelétrico, baseada na hipótese do fóton, é hf = φ + K_m  em que hf é a energia do fóton absorvido pelo elétron na superfície do metal. A função trabalho φ é a energia necessária para se remover esse elétron do metal, e K_m a energia cinética máxima do elétron fora da superfície. Para frear o elétron ejetado da superfície, é necessário um potencial elétrico V_o, de modo que K_m= eV_o, sendo e a carga do elétron. Em termos de V_o, a equação de Einstein fica na forma V_o = (h/e)f  – (φ/e).

Abaixo, temos um gráfico V_o x f , para diversos experimentos realizados (os pontos pretos são obtidos de experimentos), e também um trecho de reta, contínuo, que representa a função V_o ( f ) da teoria de Einstein.

Com base nas informações do texto e no gráfico, é CORRETO afirmar que

a) os elétrons, no efeito fotoelétrico, são ejetados da superfície metálica, a partir de uma certa intensidade da luz incidente.

b) a energia cinética máxima do elétron ejetado é igual a hf, mesma energia do fóton incidente.

c) os elétrons, no efeito fotoelétrico, são ejetados da superfície metálica, a partir de uma determinada frequência da luz incidente.

d) a energia cinética máxima do elétron ejetado é igual a φ, mesma energia necessária para remover o elétron do metal.

14-(UFMG-MG) Utilizando um controlador, André aumenta a intensidade da luz emitida por uma lâmpada de cor vermelha, sem

que esta cor se altere.

Com base nessas informações, é CORRETO afirmar que a intensidade da luz aumenta porque

a) a freqüência da luz emitida pela lâmpada aumenta.

b) o comprimento de onda da luz emitida pela lâmpada aumenta.

c) a energia de cada fóton emitido pela lâmpada aumenta.

d) o número de fótons emitidos pela lâmpada, a cada segundo, aumenta.

15-(UFMG-MG) Em alguns laboratórios de pesquisa, são produzidas antipartículas de partículas fundamentais da natureza. Cite-se, como exemplo, a antipartícula do elétron - o pósitron -, que tem a mesma massa que o elétron e carga de mesmo módulo, porém positiva. Quando um pósitron e um elétron interagem, ambos podem desaparecer, produzindo dois fótons de mesma energia. Esse fenômeno é chamado de aniquilação. Com base nessas informações,

a) EXPLIQUE o que acontece com a massa do elétron e com a do pósitron no processo de aniquilação. Considere que tanto o elétron quanto o pósitron estão em repouso.

b) CALCULE a frequência dos fótons produzidos no processo de aniquilação.

Dado que a massa do elétron é 9,1.10^-31kg, a velocidade da luz no vácuo é 3.10⁸m/s e a constante de Planck é 6,6.10^-34J.s.

16-(UFRGS-RS) Considere as seguintes afirmações sobre o efeito fotoelétrico.

I. O efeito fotoelétrico consiste na emissão de elétrons por uma superfície metálica atingida por radiação eletromagnética.
II. O efeito fotoelétrico pode ser explicado satisfatoriamente com a adoção de um modelo corpuscular para a luz.
III. Uma superfície metálica fotossensível somente emite fotoelétrons quando a freqüência da luz incidente nessa superfície excede um certo valor mínimo, que depende do metal.

Quais estão corretas?

a) apenas I.                  b) apenas II.                  c) apenas I e II.                   d) apenas I e III.                 e) I, II e III.

17-(UFSC) Assinale a(s) proposição(ões) correta(s):

01) a luz, em certas interações com a matéria, comporta-se como uma onda eletromagnética; em outras interações ela se comporta como partícula, como os fótons no efeito fotoelétrico.
02) a difração e a interferência são fenômenos que somente podem ser explicados satisfatoriamente por meio do comportamento ondulatório da luz.
04) o efeito fotoelétrico somente pode ser explicado satisfatoriamente quando consideramos a luz formada por partículas, os fótons.
08) o efeito fotoelétrico é conseqüência do comportamento ondulatório da luz.
16) devido à alta freqüência da luz violeta, o "fóton violeta" é mais energético do que o "fóton vermelho".

Dê como resposta a soma das alternativas corretas.

18-(UFPA-PA) Um acelerador de partículas é a principal ferramenta usada pelos cientistas para pesquisas em física de altas energias. No maior acelerador linear do mundo, localizado em Stanford, elétrons podem ser acelerados até uma energia da ordem

de 50GeV (1 GeV =10⁹ eV ). Com essa energia, o comprimento de onda de De Broglie associado ao elétron vale 25 .10^-18 m. O gráfico representado a seguir mostra como a velocidade v do elétron varia com o tempo t nesse acelerador:

a) Qual é o significado físico da ordenada A mostrada no gráfico? Qual o seu valor numérico no sistema internacional?

b) Qual o valor da quantidade de movimento (momento linear) do elétron mais energético produzido em Stanford?

Considere a constante de Planck igual a 6,6 . 10^-34 J.s.

19-(UEL-PR) Alguns semicondutores emissores de luz, mais conhecidos como LEDs, estão sendo introduzidos na sinalização de trânsito das principais cidades do mundo. Isto se deve ao tempo de vida muito maior e ao baixo consumo de energia elétrica dos

 LEDs em comparação com as lâmpadas incandescentes, que têm sido utilizadas para esse fim. A luz emitida por um semicondutor é proveniente de um processo físico, onde um elétron excitado para a banda de condução do semicondutor decai para a banda de valência, emitindo um fóton de energia E=hν. Nesta relação, h é a constante de Planck, v é a freqüência da luz emitida (ν=c / λ, onde c é a velocidade da luz e λ o seu comprimento de onda), e E equivale à diferença em energia entre o fundo da banda de condução e o topo da banda de valência, conhecida como energia de "gap" do semicondutor. Com base nessas informações e no conhecimento sobre o espectro eletromagnético, é correto afirmar:

a) A energia de "gap" de um semicondutor será maior quanto maior for o comprimento de onda da luz emitida por ele.

b) Para que um semicondutor emita luz verde, ele deve ter uma energia de "gap" maior que um semicondutor que emite luz vermelha.

c) O semicondutor que emite luz vermelha tem uma energia de "gap" cujo valor é intermediário às energias de "gap" dos semicondutores que emitem luz verde e amarela.

d) A energia de "gap" de um semicondutor será menor quanto menor for o comprimento de onda da luz emitida por ele.

e) O semicondutor emissor de luz amarela tem energia de "gap" menor que o semicondutor emissor de luz vermelha.

20-(UFES) Sabendo que uma lâmpada de vapor de sódio emite preferencialmente luz na cor laranja-amarelada, λ = 600 nm, pode-se afirmar que um fóton emitido por essa lâmpada apresenta uma energia de

Dados: h = 6,6.10^-34 J.s; c = 3 × 10⁸ m/s; 1nm = 10^-9m

a) 1,1 .10^-39 J.                  

b) 2,2.10^-29                        

c) 3,3 .10^-19 J.                  

d) 4,4 .10^-9 J.                   

e) 5,5 .10¹⁹ J

21-(UFC) Quanto ao número de fótons existentes em 1 joule de luz verde, 1 joule de luz vermelha e 1 joule de luz azul, podemos afirmar, corretamente, que:

a) existem mais fótons em 1 joule de luz verde que em 1 joule de luz vermelha e existem mais fótons em 1 joule de luz verde que em 1 joule de luz azul.

b) existem mais fótons em 1 joule de luz vermelha que em 1 joule de luz verde e existem mais fótons em 1 joule de luz verde que em 1 joule de luz azul.

c) existem mais fótons em 1 joule de luz azul que em 1 joule de verde e existem mais fótons em 1 joule de luz vermelha que em 1 joule de luz azul.

d) existem mais fótons em 1 joule de luz verde que em 1 joule de luz azul e existem mais fótons em 1 joule de luz verde que em 1 joule de luz vermelha.

e) existem mais fótons em 1 joule de luz vermelha que em 1 joule de luz azul e existem mais fótons em 1 joule de luz azul que em 1 joule de luz verde.

22-(ENEM-MEC) O efeito fotoelétrico contrariou as previsões teóricas da física clássica porque mostrou que a energia cinética

máxima dos elétrons, emitidos por uma placa metálica iluminada, depende:

a) exclusivamente da amplitude da radiação incidente.
b) da freqüência e não do comprimento de onda da radiação incidente.
c) da amplitude e não do comprimento de onda da radiação incidente.
d) do comprimento de onda e não da freqüência da radiação incidente.
e) da freqüência e não da amplitude da radiação incidente.

23-(ITA-SP) Num experimento que usa o efeito fotoelétrico, ilumina-se sucessivamente a superfície de um metal com luz de dois comprimentos de onda diferentes, λ₁ e λ₂, respectivamente. Sabe-se que as velocidades máximas dos fotoelétrons emitidos são, respectivamente, v₁ e v₂‚ em que v₁ = 2 v₂ . Designando c a velocidade da luz no vácuo, e h constante de Planck, pode-se, então, afirmar que a função trabalho φ do metal é dada por:

24-(UFSM-RS) A luz, segundo a física moderna, apresenta caráter dual, ou seja, em certos fenômenos, manifesta comportamento de partícula e, em outros, de onda.

Complete a coluna 2 de acordo com a coluna 1, segundo o comportamento da luz.

A sequência CORRETAé

a) 1 - 2 - 2 - 2.                 

b) 1 - 1 - 2 - 2.               

c) 1 - 1 - 1 - 2.               

d) 2 - 2 - 1 - 1.                  

e) 2 - 1 - 1 - 1.

25-(UEPB-PB) A descoberta do efeito fotoelétrico e sua explicação pelo físico Albert Einstein, em 1905, teve grande importância para a compreensão mais profunda da natureza da luz. No efeito fotoelétrico, os fotoelétrons são emitidos, de um cátodo C, com energia cinética que depende da freqüência da luz incidente e são coletados pelo ânodo A, formando a corrente I mostrada. Atualmente, alguns aparelhos funcionam com base nesse efeito e um exemplo muito comum é a fotocélula utilizada na construção de circuitos elétricos para ligar/desligar as lâmpadas dos postes de rua. Considere que em um circuito foi construído conforme a figura e que o cátodo é feito de um material com função trabalho W= 3,0 eV (elétron-volt). Se um feixe de luz incide sobre C,

então o valor de freqüência f da luz para que sejam, sem qualquer outro efeito, emitidos fotoelétrons com energia cinética máxima Ec = 3,6 eV, em hertz, vale:

Dados: h = 6,6.10^-34J.s  ---  1 eV = 1,6.10^-19J

a) 1,6.10¹⁵.                  

b) 3,0.10¹⁵.                   

c) 3,6.10¹⁵.                   

d) 6,6.10¹⁵.                    

e) 3,2.10.

26-(UFSC-SC) Assinale a(s) proposição(ões) CORRETA(S):

(01) Devido à alta freqüência da luz violeta, o "fóton violeta" é mais energético do que o "fóton vermelho".

(02) A difração e a interferência são fenômenos que somente podem ser explicados satisfatoriamente por meio do comportamento ondulatório da luz.

(04) O efeito fotoelétrico somente pode ser explicado satisfatoriamente quando consideramos a luz formada por partículas, os fótons.

(08) A luz, em certas interações com a matéria, comporta-se como uma onda eletromagnética; em outras interações ela se comporta como partícula, como os fótons no efeito fotoelétrico.

(16) O efeito fotoelétrico é conseqüência do comportamento ondulatório da luz.

27-(PUC-RS) A energia de um fóton é diretamente proporcional a sua freqüência, com a constante de Plank, h, sendo o fator de proporcionalidade. Por outro lado, pode-se associar massa a um fóton, uma vez que ele apresenta energia (E = mc² ) e quantidade de movimento. Assim, a quantidade de movimento de um fóton de freqüência f propagando-se com velocidade c se expressa como:

a) c²/hf.                         b) hf/c².                          c) hf/c.                        d) c/hf.                        e) cf/h.

28-(UFRN) Bárbara ficou encantada com a maneira de Natasha explicar a dualidade onda-partícula, apresentada nos textos de Física Moderna. Natasha fez uma analogia com o processo de percepção de imagens, apresentando uma explicação baseada numa figura muito utilizada pelos psicólogos da Gestalt. Seus esclarecimentos e a figura ilustrativa são reproduzidos a seguir:

Figura citada por Natasha, na qual dois perfis formam um cálice e vice-versa.

A minha imagem preferida sobre o comportamento dual da luz é o desenho de um cálice feito por dois perfis. Qual a realidade que percebemos na figura? Podemos ver um cálice ou dois perfis, dependendo de quem consideramos como figura e qual consideraremos como fundo, mas não podemos ver ambos simultaneamente. É um exemplo perfeito de realidade criada pelo observador, em que nós decidimos o que vamos observar. A luz se comporta de forma análoga, pois, dependendo do tipo de experiência ("fundo"), revela sua natureza de onda ou sua natureza de partícula, sempre escondendo uma quando a outra é mostrada.

Diante das explicações acima, é correto afirmar que Natasha estava ilustrando, com o comportamento da luz, o que os físicos chamam de princípio da:

a) incerteza de Heisenberg.                  

b) complementaridade de Bohr.                     

c) superposição.                 

d) relatividade.

29-(UEL-PR)

I - A cor é uma característica somente da luz absorvida pelos objetos.

II - Um corpo negro ideal absorve toda a luz incidente, não refletindo nenhuma onda eletromagnética.

III - A frequência de uma determinada cor (radiação eletromagnética) é sempre a mesma.

IV - A luz ultravioleta tem energia maior do que a luz infravermelha.

Assinale a alternativa CORRETA.

a) Somente as afirmativas I e II são corretas.                                

b) Somente as afirmativas I e III são corretas.

c) Somente as afirmativas II e IV são corretas.                             

d) Somente as afirmativas I, III e IV são corretas.

e) Somente as afirmativas II, III e IV são corretas.

30-(ITA-SP)  Um feixe de laser com energia E incide sobre um espelho de massa m dependurado por um fio. Sabendo que o

momentum do feixe de luz laser é E/c, em que c é a velocidade da luz, calcule a que altura h o espelho subirá.

31-(UEG-GO)  Leia a tirinha a seguir.

Para validar a proposta do analista, ocorrência da dualidade onda-partícula, o senhor Fóton deve ser capaz de sofrer

a) interferência e refração.                   

b) interferência e polarização.                           

c) difração e efeito fotoelétrico.                                         

d) efeitos fotoelétrico e Compton. 

32-(UFPE-PE) O césio metálico tem uma função trabalho (potencial de superfície) de 1,8 eV.

Qual a energia cinética máxima dos elétrons, em eV, que escapam da superfície do metal quando ele é iluminado com luz ultravioleta de comprimento de onda igual a 327 nm? Considere: 1eV=1,6.10^-19J; h=6,63.10^-34J.s e C=3,0.10⁸m/s

33-(UFG-GO) As portas automáticas, geralmente usadas para dividir ambientes, com climatização, do meio externo, usam células fotoelétricas, cujo princípio de funcionamento baseia-se no efeito fotoelétrico, que rendeu ao físico Albert Einstein o Prêmio Nobel de 1921, por sua explicação de 1905. No experimento para observação desse efeito, incide-se um feixe de luz sobre uma superfície metálica polida, localizada em uma região sob uma diferença de potencial V, conforme a figura, e mede-se o potencial freador que faz cessar a corrente entre os eletrodos, sendo este o Potencial Limite. O gráfico representa a dependência entre o Potencial Limite e a frequência da luz incidente sobre a superfície de uma amostra de níquel.

Tendo em vista o exposto, responda:

a) Qual é a menor frequência da luz, em Hertz, que consegue arrancar elétrons da superfície do metal?

b) Para o potencial de 1,5 V, qual é a energia cinética (em Joules) do elétron ejetado da superfície do metal?

34-(UFMG-MG) Um estudante de Física adquiriu duas fontes de luz laser com as seguintes especificações para a luz emitida:

Sabe-se que a fonte I emite N_I fótons por segundo, cada um com energia E_I; e que a fonte II emite N_II fótons por segundo, cada um com energia E _II. Considerando-se essas informações, é CORRETO afirmar que

a) N_I < N_II e E_I = E_II.                      

b) N_I < N_II e E_I < E_II.                      

c) N_I = N_II e E_I < E_II.                      

d) N_I = N_II e E_I = E_II.

35-UFES-ES) O comprimento de onda do fóton com energia de 6.600 eV é de:

a) 4,80.10^-48 m                       b) 3,00.10^-32 m                         c) 3,00.10^-29m                      d) 1,87.10^-13 m                  e) 1,87.10^-10 m

36-(UNICAMP-SP)  A Física de Partículas nasceu com a descoberta do elétron, em 1897. Em seguida foram descobertos o  próton, o nêutron e várias outras partículas, dentre elas o píon, em 1947, com a participação do brasileiro César Lattes.

a) Num experimento similar ao que levou à descoberta do nêutron, em 1932, um nêutron de massa m desconhecida e velocidade v_o=4.10⁷ m/s colide frontalmente com um átomo de nitrogênio de massa M=14 u (unidade de massa atômica) que se encontra em repouso. Após a colisão, o nêutron retorna com velocidade v' e o átomo de nitrogênio adquire uma velocidade V=5.10⁶ m/s. Em consequência da conservação da energia cinética, a velocidade de afastamento das partículas é igual à velocidade de aproximação. Qual é a massa m, em unidades de massa atômica, encontrada para o nêutron no experimento?

b) O Grande "Colisor" de Hádrons ("Large Hadron Collider-LHC") é um acelerador de partículas que tem, entre outros propósitos, o de detectar uma partícula, prevista teoricamente, chamada bóson de Higgs. Para esse fim, um próton com energia de E=7.10¹² eV colide frontalmente com outro próton de mesma energia produzindo muitas partículas. O comprimento de onda (λ) de uma partícula fornece o tamanho típico que pode ser observado quando a partícula interage com outra. No caso dos prótons do LHC, E=hc/λ , onde h=4.10^-15 e.V.s, e c=3.10⁸ m/s. Qual é o comprimento de onda dos prótons do LHC?

37-(UEL-PR) A faixa de radiação eletromagnética perceptível dos seres humano está compreendida entre o intervalo de 400 nm a 700 nm.

Considere as afirmativas a seguir.

I - A cor é uma característica somente da luz absorvida pelos objetos.

II - Um corpo negro ideal absorve toda a luz incidente, não refletindo nenhuma onda eletromagnética.

III - A frequência de uma determinada cor (radiação eletromagnética) é sempre a mesma.

IV - A luz ultravioleta tem energia maior do que a luz infravermelha.

Assinale a alternativa CORRETA.

a)  Somente as afirmativas I e II são corretas.                                           

b)  Somente as afirmativas I e III são corretas. 

c)  Somente as afirmativas II e IV são corretas.                                        

d)  Somente as afirmativas I, III e IV são corretas. 

e)  Somente as afirmativas II, III e IV são corretas. 

 38-(UDESC-SC)  Analise as afirmativas abaixo, relativas à explicação do efeito fotoelétrico, tendo como base o modelo corpuscular da luz.

I – A energia dos fótons da luz incidente é transferida para os elétrons no metal de forma quantizada.

II – A energia cinética máxima dos elétrons emitidos de uma superfície metálica depende apenas da frequência da luz incidente e da função trabalho do metal.

III – Em uma superfície metálica, elétrons devem ser ejetados independentemente da frequência da luz incidente, desde que a intensidade seja alta o suficiente, pois está sendo transferida energia ao metal.

Assinale a alternativa correta.

a) somente a afirmativa II é verdadeira                                               

b) somente as afirmativas I e III são verdadeiras

c) somente as afirmativas I e II são verdadeiras                                  

d) somente a afirmativa III é verdadeira

e) todas as afirmativas são verdadeiras

39-(UFOPA-PA)  Em um aparelho de TV de tubos catódicos, a imagem é formada quando elétrons produzidos por um filamento que existe no tubo atingem uma tela e são completamente freados. Calcule a ordem de grandeza da frequência da radiação emitida por um elétron quando esse atinge a tela, admitindo que o elétron deixa o tubo com uma velocidade igual a 10 % da velocidade da luz.

Dados: massa do elétron m = 9,11 x 10^-31 kg; velocidade da luz no vácuo c = 3,0 x 10⁸ m/s e constante de Planck h = 6,62.10^-34 J.s

40-(UFU-MG)  A descoberta da quantização da energia completou 100 anos em 2000. Tal descoberta possibilitou a construção dos dispositivos semicondutores que formam a base do funcionamento dos dispositivos opto-eletrônicos do mundo atual. Hoje, sabe-se que uma radiação monocromática é constituída de fótons com energias dadas por E = hf, onde h6 x 10^-34 j.s e f é a frequência da radiação.

Se uma radiação monocromática visível, de comprimento de onda λ = 6.10^-7 m, incide do ar (n = 1) para um meio transparente X de índice de refração desconhecido, formando ângulos de incidência e de refração iguais a 45º e 30º, respectivamente, determine:

a) A energia dos fótons que constituem tal radiação visível.

b) O índice de refração do meio transparente X.

c) A velocidade de propagação dessa radiação no interior do meio transparente X. 

41-(UFPR-PR) Entre as inovações da Física que surgiram no início do século XX, uma foi o estabelecimento da teoria _______, que procurou explicar o surpreendente resultado apresentado pela radiação e pela matéria conhecido como dualidade entre _______ e ondas.

Assim, quando se faz um feixe de elétrons passar por uma fenda de largura micrométrica, o efeito observado é o comportamento _______ da matéria, e quando fazemos um feixe de luz incidir sobre uma placa metálica, o efeito observado pode ser explicado considerando a luz como um feixe de _______.

Assinale a alternativa que apresenta a sequência correta de palavras para o preenchimento das lacunas nas frases acima.

a) Relativística – partículas – ondulatório – partículas.                      

b) Atomística – radiação – rígido – ondas.

c) Quântica – partículas – ondulatório – partículas.                           

d) Relativística – radiação – caótico – ondas.

e) Quântica – partículas – ondulatório – ondas.

42-(UFPE-PE) Quando um feixe de luz de comprimento de onda 4,0.10^-7 m (E_fóton = 3,0 eV) incide sobre a superfície de um metal, os fotoelétrons mais energéticos têm energia cinética igual a 2,0 eV. Suponha que o comprimento de onda dos fótons incidentes seja reduzido à metade. Qual será a energia cinética máxima dos fotoelétrons, em eV?

 43-(UFG-GO) Antipartículas, raras na natureza, possuem carga elétrica oposta à de suas partículas correspondentes. Se encontrássemos uma fonte de antipartículas, poderíamos produzir uma grande quantidade de energia, permitindo que elas se

 aniquilassem com suas partículas. Dessa forma, calcule:

a) a quantidade de energia que seria liberada se 2,0 gramas de antimatéria fossem aniquiladas com 2,0 gramas de sua matéria (considere a velocidade da luz igual a 3.10⁸m/s);    

b) por quanto tempo essa energia abasteceria uma cidade com um milhão de habitantes, considerando que uma pessoa consome, em média, 100 kwh por mês.

44-(ACAFE-SC) A Historia da Ciência tem sido marcada pela presença de grandes contribuições que provocaram “revoluções” e mudaram a maneira de pensar o mundo e também a descrição dos fenômenos que nos cercam, bem como aqueles

Observe as informações das três colunas.

em níveis atômicos. As relações corretas com a sequência Autor, Contribuição e Fenômeno estão na alternativa:

a) (I – b – F3), (II – a – F4), (III – c – F2) e (IV – d – F1).                   

b)  (I – b – F3), (II – c – F4), (III – a – F2) e (IV – d – F2).

c) (I – d – F3), (II – c – F4), (III – a – F2) e (IV – b – F2).                   

d) (I – d – F3), (II – a – F4), (III – c – F2) e (IV – a – F2).

45-(ITA-SP)  O olho humano é uma câmara com um pequeno diafragma de entrada (pupila), uma lente (cristalino) e uma superfície fotossensível (retina). Chegando à retina, os fótons produzem impulsos elétricos que são conduzidos pelo nervo ótico até o cérebro, onde são decodificados.

Quando devidamente acostumada à obscuridade, a pupila se dilata até um raio de 3 mm e o olho pode ser sensibilizado por apenas 400 fótons por segundo. Numa noite muito escura, duas fontes monocromáticas, ambas com potência de 6 ×10–5 W, emitem, respectivamente, luz azul (λ = 475 nm) e vermelha (λ = 650 nm) isotropicamente, isto é, em todas as direções. Desprezando a absorção de luz pelo ar e considerando a área da pupila circular, qual das duas fontes pode ser vista a uma maior distância?

Justifique com cálculos.

46-(UFBA-BA) 

A vida moderna não poderia oferecer muitos dos serviços sem o uso do laser. Esse feixe de luz concentrada, que se propaga em uma mesma direção, por meio de ondas de comprimento idêntico, com suas múltiplas funções, é, sem dúvida, a invenção mais impactante do mundo moderno.

Na medicina, ele corta (com muita precisão e pouco sangue) músculos, pele e ossos e é a principal indicação para 95% das terapias antienvelhecimento — da remoção de manchas ao aumento da produção de colágeno. Estimula a renovação celular e pode ser capaz até de diagnosticar lesões na retina. Charles Campbell (1926-2007), oftalmologista norte americano, utilizou-o pela

primeira vez em 1961 para eliminar um tumor maligno da retina de um paciente. Desde os anos 50, os médicos empregavam a luz solar para queimar lesões na retina. Com uma lente, eles convergiam os raios de sol diretamente para o olho do doente.

Hoje, graças à exatidão dos cortes a laser, 95% dos pacientes deixam de usar óculos depois de uma operação de miopia. Para se ter uma ideia da tecnologia dos aparelhos empregados nesse tipo de cirurgia, os feixes de luz que eles emitem têm a duração de cerca de 10 femtossegundos, sendo um femtossegundo equivalente a 1 segundo dividido por 1 quatrilhão.

(LOPES, 2010, p. 68-75).

Considerando-se essas informações e os conhecimentos das Ciências Naturais a elas associados, é correto afirmar:

01) Os átomos têm a capacidade de emitir luz no exato momento em que elétrons saltam de camadas mais internas para outras mais externas da eletrosfera atômica. 

02) Os médicos utilizavam lentes de borda grossa com o índice de refração maior que o do ar, de modo a convergir os raios de sol diretamente para o olho do paciente. 

04) Os aparelhos empregados na cirurgia de miopia a laser emitem feixes de luz cuja duração é da ordem de 10^-14 segundos. 

08) O aumento da produção de colágeno pelo laser exemplifica um evento molecular, expresso na relação genes-ambiente. 

16) As células que integram os músculos, pele e ossos compartilham a origem endodérmica no curso  da embriogênese, sendo, por isso, menos irrigadas. 

32) A renovação celular é consequência da multiplicação de células altamente diferenciadas por um  processo que reduz à metade o complemento cromossômico diploide. 

64) Aparelhos que usam o argônio para a produção de raios laser trabalham com átomos que possuem a mesma estrutura eletrônica dos íons cálcio. 

47- (UFG-GO)

Um laser emite um pulso de luz monocromático com duração de 6,0 ns, com frequência de 4,0.10¹⁴ Hz e potência de 110 mW. O

 número de fótons contidos nesse pulso é

a) 2,5.10⁹                   

b) 2,5.10¹²                       

c) 6,9.10¹³                                           

d) 2,5.10¹⁴                       

 e) 4,2.10¹⁴

48-(UNEMAT-MT)

Os comprimentos de onda de maior interesse ecológico abrangem as faixas do ultravioleta, do visível e do infravermelho. Destas, a faixa visível (400 A 700 nm) assume maior importância dada a sua participação no processo fotossintético, classificadas como RFA (Radiação Fotossinteticamente Ativa). Na fotossíntese, a energia radiante é absorvida e transformada em energia de ligação

química. Os receptores de radiação da fotossíntese são as clorofilas e os pigmentos acessórios (caroteno e xantofila).

Considerando E a energia de um único fóton de frequência f incidente na clorofila e n, o número de fótons envolvidos no processo, para uma energia de 500 kCal, com luz de comprimento de onda de 700 nm, o número de fótons correspondentes será de aproximadamente, considerando: E=h.f  ---  Constante de Plank – h=6,62.10^-34 J.s  ---  1kcal=4.10³J  ---  velocidade da luz – c=3.10⁸ m/s  ---  1nm=10^-9m

a) 7.10²⁴                         

b) 7.10^-24                             

c) 7.10^-14                            

d) 5.10^-10                               

e) 5.10^-14

49-(UNICAMP-SP)

Em 1905 Albert Einstein propôs que a luz é formada por partículas denominadas fótons. Cada fóton

de luz transporta uma quantidade de energia E = hv e possui momento linear p = , em que h = 6,6 × 10–34Js é a constante de Planck e v e λ são, respectivamente, a frequência e o comprimento de onda da luz.

a) A aurora boreal é um fenômeno natural que acontece no Polo Norte, no qual efeitos luminosos são produzidos por colisões entre partículas carregadas e os átomos dos gases da alta atmosfera terrestre. De modo geral, o efeito luminoso é dominado pelas colorações verde e vermelha, por causa das colisões das partículas carregadas com átomos de oxigênio e nitrogênio, respectivamente. Calcule a razão R = em que Everde é a energia transportada por um fóton de luz verde com λverde = 500nm, e Evermelho é a energia transportada por um fóton de luz vermelha com λvermelho = 650nm.

b) Os átomos dos gases da alta atmosfera estão constantemente absorvendo e emitindo fótons em várias frequências. Um átomo, ao absorver um fóton, sofre uma mudança em seu momento linear, que é igual, em módulo, direção e sentido, ao momento linear do fóton absorvido. Calcule o módulo da variação de velocidade de um átomo de massa m = 5,0 × 10–26kg que absorve um fóton de comprimento de onda λ = 660nm.

50-(ITA-SP)

O aparato para estudar o efeito fotoelétrico mostrado na figura consiste de um invólucro de vidro que encerra o aparelho em um ambiente no qual se faz vácuo. Através de uma janela de quartzo, luz monocromática incide sobre a placa de metal P e libera

 elétrons. Os elétrons são então detectados sob a forma de uma corrente, devido à diferença de potencial V estabelecida entre P e Q.  Considerando duas situações distintas a e b, nas quais a intensidade da luz incidente em a e o dobro do caso b, assinale qual dos gráficos representa corretamente a corrente fotoelétrica em função da diferença de potencial.

51-(UEM-PR)

Com relação ao efeito fotoelétrico e às conclusões advindas da interpretação desse fenômeno, assinale o que for correto.

01) Para uma frequência fixa, o número de elétrons emitidos por uma placa metálica iluminada é proporcional à intensidade da radiação luminosa que incide na placa.

02) A energia das radiações eletromagnéticas é quantizada e é tanto maior quanto maior for a frequência da radiação.

04) A energia cinética dos elétrons emitidos por uma placa iluminada depende da intensidade da radiação que incide na placa.

08) A luz é formada por corpúsculos, ou  quanta de luz, denominados fótons. 

16) O efeito fotoelétrico pode sempre ser observado em um experimento com uma placa de alumínio cuja função trabalho é 4,1 eV, independentemente da frequência da radiação utilizada no experimento.

 52-(PUC-RS)

De acordo com a quantização da energia de Planck, sabe-se que a energia de um fóton é E = hf onde

h é a constante de Planck e f é a frequência da radiação.

Considerando os fótons de radiação eletromagnética a seguir, numere os parênteses em ordem crescente de sua energia, sendo 1 o de menor energia e 5 o de maior energia.

( ) luz azul

( ) luz vermelha

( ) raios gama

( ) radiação ultravioleta

( ) radiação infravermelha

53-(FUVEST-SP) 

Em um laboratório de física, estudantes fazem um experimento em que radiação eletromagnética de comprimento de onda γ =300 nm incide em uma placa de sódio, provocando a emissão de elétrons.

Os elétrons escapam da placa de sódio com energia cinética máxima E_C = E – W, sendo E a energia de um fóton da radiação e W a energia mínima necessária para extrair um elétron da placa. A energia de cada fóton é E = h f, sendo h a constante de Planck e f a frequência da radiação. Determine

a) a frequência f da radiação incidente na placa de sódio;

b) a energia E de um fóton dessa radiação;

c) a energia cinética máxima E_C de um elétron que escapa da placa de sódio;

d) a frequência  f_o da radiação eletromagnética, abaixo da qual é impossível haver emissão de elétrons da placa de sódio.

54-(UFRN-RN)

Descoberto independentemente pelo russo Alexandre Stoletov, em 1872, e pelo alemão Heirich Hertz, em 1887, o efeito fotoelétrico tem atualmente várias aplicações tecnológicas principalmente na automação eletro mecânica, tais como: portas automáticas, dispositivos de

segurança de máquinas e controle de iluminação. Fundamentalmente, o efeito fotoelétrico consiste na emissão de elétrons por superfícies metálicas quando iluminadas por radiação eletromagnética. Dentre as principais características observadas experimentalmente, destacamos:

1) Por menor que seja a intensidade da radiação causadora do fenômeno, o intervalo de tempo entre a incidência da radiação e o aparecimento da corrente gerada pelos elétrons emitidos é totalmente desprezível, isto é, o efeito é  praticamente instantâneo.

2) Para cada superfície metálica específica, existe uma frequência mínima, chamada “frequência de corte”, a partir da qual se verifica o fenômeno.

3) Se a frequência da radiação incidente está abaixo da frequência de corte, mesmo aumentando sua intensidade, não se verifica o fenômeno. Por outro lado, para frequências da radiação incidente acima da frequência de corte, o fenômeno se verifica para qualquer

intensidade.

A Figura representa um dispositivo para o estudo efeito fotoelétrico . Nela, elétrons são arrancados da superfície emissora, devido à

radiação incidente, e acelerados em direção à placa coletora pelo campo elétrico, gerando uma corrente elétrica que é medida pelo amperímetro, A.

Diante do exposto, responda as questões abaixo :

A) Como se explica o comportamento observado no item  1 do texto? Justifique sua resposta.

B) Como se explica o comportamento observado no item  2 do texto? Justifique sua resposta.

C) Como se explica o comportamento observado no item  3 do texto? Justifique sua resposta.

55-(UFSM-RS)

À medida que a tecnologia invadiu os meios de produção, a obra de arte deixou de ser o resultado exclusivo do trabalho das mãos do artista, por exemplo, a fotografia. Uma vez obtido o negativo, muitas cópias da mesma foto podem ser impressas.

O elemento essencial de uma foto copiadora é um cilindro eletrizado que perde eletrização, nas regiões em que incide luz. Então,

I - o efeito fotoelétrico só pode ser entendido em termos de um modelo corpuscular para a radiação eletromagnética.

II - o numero de elétrons arrancados de uma placa metálica pelo efeito fotoelétrico cresce com o aumento da intensidade da radiação eletromagnética que atinge a placa.

III - a energia máxima dos elétrons arrancados de uma placa metálica pelo efeito fotoelétrico cresce com o aumento da intensidade da radiação eletromagnética que atinge a placa.

Está(ao) correta(s):

56-(FUVEST-SP)