Ano 2023#fisica#fisica-moderna#efeito-fotoeletrico#funcao-trabalho#frequencia-de-corte#ITA#2023#fase2#discursiva

Sobre o tema

O efeito fotoelétrico é um fenômeno fundamental da física moderna que demonstra a natureza corpuscular da luz. Quando fótons incidem sobre uma superfície metálica, podem transferir energia para elétrons, ejetando-os se a energia do fóton for suficiente para superar a função trabalho do material. A energia cinética máxima dos fotoelétrons depende da frequência da luz incidente, conforme a equação de Einstein: \(E_{\text{cin}} = h\nu - \phi\). A frequência de corte, ou limiar, é a frequência mínima necessária para ocorrer a ejeção, e está relacionada à função trabalho. Problemas como o apresentado, com dados de comprimentos de onda e velocidades, permitem calcular essas grandezas e discutir aspectos fundamentais da interação fóton-elétron, como a impossibilidade de um elétron livre absorver um fóton isoladamente devido à conservação de energia e momento.

Tópicos relacionados

  • Efeito fotoelétrico e quantização da luz
  • Função trabalho de metais
  • Frequência de corte e energia limiar
  • Equação de Einstein para o efeito fotoelétrico
  • Conservação de energia e momento em interações fóton-elétron

Enunciado

Feixes de luz de comprimentos de onda $590$ nm, $450$ nm e $380$ nm incidem sobre uma superficie metalica. Com um aparato experimental, sao medidas as velocidades dos fotoeletrons ejetados. Sabendo que a maior velocidade detectada foi de $640$ km/s, faca o que se pede: (a) Determine a funcao trabalho do material. (b) Determine a frequencia de corte. (c) Justifique se e possivel que um eletron livre absorva um foton, tal como ocorre no efeito fotoeletrico em um material. Um eletron livre e um eletron sem interacoes com outros corpos, alem do referido foton. Dados: $hc = 1240$ eV$\cdot$nm; $m_e = 9{,}11 \times 10^{-31}$ kg; $e = 1{,}6 \times 10^{-19}$ C.

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Perguntas frequentes

O que é a função trabalho no efeito fotoelétrico?

A função trabalho é a energia mínima necessária para remover um elétron da superfície de um metal. Ela depende do material e é uma constante característica.

Como se calcula a frequência de corte?

A frequência de corte é dada por \(f_c = \phi / h\), onde \(\phi\) é a função trabalho e \(h\) é a constante de Planck. Acima dessa frequência, ocorre emissão de fotoelétrons.

Por que um elétron livre não pode absorver um fóton?

Para um elétron livre, a absorção de um fóton violaria a conservação de energia e momento simultaneamente. No efeito fotoelétrico, a presença da rede cristalina do metal absorve o excesso de momento.

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