Exercícios sobre Efeito Fotoelétrico (para o ENEM e vestibulares)
O Efeito Fotoelétrico é estudado pela Física Moderna. Aqui estão algumas aplicações, conceitos e fatos históricos sobre este tema.
Questão 1
Durante o final do século XIX, o experimento de Heinrich Hertz revelou que a incidência de luz ultravioleta em superfícies metálicas facilitava a ocorrência de faíscas elétricas.
No entanto, a física clássica não conseguia explicar por que luzes de cores diferentes, mesmo que muito intensas, podiam não causar esse fenômeno.
De acordo com a explicação de Einstein para o efeito fotoelétrico, o fator determinante para a emissão de elétrons por um metal é:
A) O tempo de exposição da placa à luz.
B) A frequência da radiação eletromagnética.
C) A área da superfície metálica atingida.
D) A amplitude da onda luminosa incidente.
Na física clássica, acreditava-se que o aumento da intensidade (brilho) de qualquer cor de luz acabaria por ejetar elétrons.
Einstein provou que a luz se comporta como pacotes discretos (fótons). A energia de cada fóton é dada por 
.
Portanto, se a frequência (f) for baixa demais, o fóton não terá energia individual suficiente para "chutar" o elétron para fora, não importando quantos fótons atinjam o metal.
Questão 2
A função trabalho (Φ) de um metal define a energia mínima necessária para remover um elétron de sua superfície.
Se um fóton incide com energia E, a energia cinética máxima (Kmax) do fotoelétron emitido é dada por Kmax= E − Φ.
Se utilizarmos uma luz com frequência exatamente igual à frequência de corte (f0) do metal, o que ocorrerá?
A) O metal aquecerá, mas os elétrons permanecerão ligados aos núcleos.
B) Não haverá emissão, pois a energia deve ser o dobro da função trabalho.
C) O elétron será ejetado com velocidade máxima.
D) O elétron é liberado da superfície, mas com energia cinética nula.
Conservação de Energia (Equação de Einstein).
A equação fundamental é 
.
: Energia total que chega.
(Função Trabalho): Energia gasta para "libertar" o elétron.
: Energia que sobra para o elétron se movimentar.
Se a energia do fóton é exatamente igual à função trabalho (
), o resultado de será zero. O elétron escapa da atração atômica, mas fica parado na superfície.
Questão 3
Sensores de portas de shoppings utilizam células fotoelétricas que detectam a interrupção de um feixe de luz. Quando o feixe é interrompido por uma pessoa, a corrente elétrica cessa, acionando o motor. Esse funcionamento baseia-se diretamente na:
A) Difração da luz ao redor de obstáculos.
B) Refração da luz ao passar pelo corpo humano.
C) Capacidade da luz de se comportar como uma partícula (fóton).
D) Teoria ondulatória clássica de Maxwell.
O sensor funciona porque a luz (fótons) atinge uma placa metálica e gera um fluxo contínuo de elétrons (corrente elétrica). Quando uma pessoa passa, ela bloqueia esses "projéteis" de luz.
Esse fenômeno só pode ser explicado se considerarmos a luz como uma partícula que transfere momento e energia de forma localizada, e não como uma onda que se espalha.
Questão 4
A constante de Planck (h) é fundamental para o cálculo da energia de um fóton através da relação . Se uma fonte de luz ultravioleta (
Hz) incide sobre um metal, o efeito observado é a emissão de elétrons.
Se trocarmos essa fonte por uma de infravermelho com o triplo da intensidade (brilho), mas frequência abaixo da frequência de corte, o resultado será:
A) Emissão de elétrons com triplo da velocidade.
B) Emissão lenta de elétrons após alguns minutos de exposição.
C) Nenhuma emissão de elétrons.
D) Emissão de três vezes mais elétrons por segundo.
Cada metal tem uma frequência mínima (de corte) para que o efeito ocorra. Se a luz infravermelha está abaixo dessa frequência, seus fótons são "fracos" demais.
Aumentar a intensidade (triplicar o brilho) significa apenas que você está jogando mais fótons "fracos" na placa; nenhum deles conseguirá arrancar um elétron sozinho.
Questão 5
O Prêmio Nobel de Física de 1921 foi concedido a Albert Einstein não pela Teoria da Relatividade, mas pela sua explicação do efeito fotoelétrico. Sua principal contribuição foi propor que a luz é quantizada. O que significa dizer que a energia da luz é ʼquantizadaʼ?
A) Que a velocidade da luz depende da sua energia.
B) Que a luz pode ser dividida infinitamente em partes menores.
C) Que a luz interage com a matéria através de pacotes discretos de energia.
D) Que a energia luminosa é distribuída uniformemente no espaço.
Dizer que a luz é quantizada significa que ela não é um fluxo contínuo e infinitamente divisível de energia.
Ela vem em "pacotes" (quanta). Imagine a diferença entre derramar água (contínuo/clássico) e jogar bolinhas de gude (discreto/quântico). Cada bolinha de gude é um fóton.
Questão 6
Muitas calculadoras simples funcionam sem pilhas, utilizando apenas uma pequena célula solar. Ao cobrirmos essa célula com o dedo, a calculadora desliga. Do ponto de vista físico, ao cobrir a célula, estamos:
A) Reduzindo o fluxo de fótons, cessando a ejeção de elétrons.
B) Aumentando a resistência elétrica do circuito interno.
C) Alterando a função trabalho do material semicondutor.
D) Diminuindo a frequência dos fótons que atingem o metal.
A calculadora funciona convertendo o fluxo de luz em fluxo de elétrons. O número de elétrons ejetados (intensidade da corrente) é diretamente proporcional ao número de fótons que atingem a placa por segundo.
Ao colocar o dedo, você reduz o fluxo de fótons a quase zero, o que interrompe a corrente elétrica instantaneamente.
Questão 7
A física clássica previa que, se aumentássemos muito a intensidade de uma luz vermelha, ela eventualmente deveria arrancar elétrons de uma placa, assim como uma onda gigante no mar arrasta objetos. No entanto, experimentos mostraram que apenas luzes de frequências maiores (como azul ou UV) funcionavam para certos metais. Esse conflito foi resolvido ao entender que:
A) Cada elétron absorve apenas um fóton por vez.
B) Os elétrons refletem a luz vermelha por serem da mesma cor.
C) A intensidade da luz é inversamente proporcional à sua frequência.
D) A luz vermelha não possui energia cinética.
Questão 8
Em um painel solar fotovoltaico, a energia solar é convertida diretamente em energia elétrica. Analisando o espectro solar, fótons de luz azul possuem frequência maior que fótons de luz vermelha. Sobre a interação desses fótons com uma célula solar de silício, afirma-se que:
A) Fótons vermelhos sempre ejetam elétrons com mais energia.
B) Um fóton azul tem maior potencial de ejetar um elétron com alta energia cinética.
C) Aumentar o brilho da luz vermelha fará os elétrons saírem com mais velocidade.
D) A luz azul e a vermelha viajam com velocidades diferentes no vácuo.
Um dos pilares do modelo de Einstein é que a interação ocorre na razão de 1 para 1: um fóton transfere sua energia para apenas um elétron. O elétron não consegue "acumular" energia de vários fótons pequenos para tentar sair depois.
Ou o fóton que chega é forte o suficiente, ou não há efeito. É por isso que luz vermelha intensa (muitos fótons fracos) não funciona, mas luz azul fraca (poucos fótons fortes) funciona.
Veja também:
O que é o Efeito Fotoelétrico?
Física moderna: o que é, como surgiu e o que estuda
Exercícios sobre física moderna (com respostas explicadas)
Física quântica: o que é, para quê serve
ASTH, Rafael. Exercícios sobre Efeito Fotoelétrico (para o ENEM e vestibulares). Toda Matéria, [s.d.]. Disponível em: https://www.todamateria.com.br/exercicios-sobre-efeito-fotoeletrico-para-o-enem-e-vestibulares/. Acesso em:
