Dissertativas 6 - Dia 2 - Fuvest 2025

Diversos aparelhos, como painéis solares, televisões de LCD e plasma, iluminações urbanas e outros, têm seu funcionamento baseado no efeito fotoelétrico, no qual elétrons são arrancados de uma superfície metálica pela incidência de radiação eletromagnética. Para que ocorra efeito fotoelétrico, a energia de um fóton, dada por ℎ𝑓, sendo ℎ a constante de Planck e 𝑓 a frequência da radiação eletromagnética, deve ser superior a uma energia mínima, conhecida como função trabalho, 𝜙, que é uma quantidade dependente do material. A tabela a seguir mostra a função trabalho de alguns materiais. 

Material	$\mathbf{\varphi }\mathbf{ }\left(\mathrm{eV}\right)$
Platina	5,8
Tungstênio	4,5
Alumínio	4,2
Bário	2,5
Potássio	2,3

a) Considere uma placa de alumínio inicialmente carregada eletricamente. A fim de saber se a placa foi carregada positivamente ou negativamente, incide-se luz ultravioleta sobre sua superfície. Após certo tempo, verifica-se que a placa está neutra. Qual era o sinal da carga elétrica inicialmente na placa? Justifique a sua resposta.

b) Deseja-se escolher um material para uma célula fotoelétrica que funcione com luz verde de frequência 𝑓 = $6·{10}^{14}$ Hz. Qual(is) dos materiais da tabela funcionaria(m) como uma célula fotoelétrica? Justifique a sua resposta.

c) Caso a energia de um fóton seja superior à função trabalho, o elétron será emitido com energia cinética adicional. Determine a energia cinética (em eV) de um elétron quando uma luz de comprimento de onda 400 nm incide sobre uma superfície de bário.

Note e adote: Constante de Planck: ℎ = $4·{10}^{-15}$ eV s.  Velocidade da luz no vácuo: 𝑐 = $3·{10}^8$ m/s.