Efeito fotoelétrico - UEPA
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Efeito fotoelétrico - UEPA
Uma das aplicações do efeito fotoelétrico é a célula fotoelétrica. Em um experimento, uma dessas células, feita de material cuja função trabalho é igual a 4 eV, foi iluminada por uma fonte de radiação monocromática de comprimento de onda igual a 155 nm. Sabendo-se que a massa do elétron vale 9,1x10-31 kg e que o produto da constante de Planck (h) pela velocidade da luz no vácuo (c) é igual a hc = 1240 eV.nm, afirma-se que:
I. A radiação incidente na célula fotoelétrica está na faixa do ultravioleta.
II. A energia do fóton incidente é igual a 8 eV.
III. A energia cinética máxima dos fotoelétrons é igual a 12 eV.
IV. A ordem de grandeza da velocidade dos fotoelétrons é de 10^4m/s.
De acordo com as afirmativas acima, a alternativa correta é:
a) I e II
b) I e III
c) II e III
d) II e IV
e) III e IV
I. A radiação incidente na célula fotoelétrica está na faixa do ultravioleta.
II. A energia do fóton incidente é igual a 8 eV.
III. A energia cinética máxima dos fotoelétrons é igual a 12 eV.
IV. A ordem de grandeza da velocidade dos fotoelétrons é de 10^4m/s.
De acordo com as afirmativas acima, a alternativa correta é:
a) I e II
b) I e III
c) II e III
d) II e IV
e) III e IV
Lais_dsp- Iniciante
- Mensagens : 47
Data de inscrição : 04/12/2012
Idade : 29
Localização : Imperatriz, Maranhão, Brasil
Re: Efeito fotoelétrico - UEPA
1) Sabendo-se:
AS ONDAS
Uma onda (algo que oscila, carrega e transmite energia) tem as seguintes principais características:
* Velocidade v em [m/s]
* Freqüência f em [1/s] --> Número de oscilações por segundo (Hz)
* Período T em [s] --> Tempo para uma oscilação completa
* Comprimento λ em [m]
Que são assim relacionadas:
λ = v.T
f = 1/T
As ondas ou radiações eletromagnéticas têm no vácuo uma velocidade c sempre constante:
c ≡ 299 792 458 m/s ≈ 3 .108 m/s
Elas se diferenciam pelas suas freqüências ( ou seus comprimentos de onda).
λ = v.T= v / f
No vácuo:
λ = c / f
O que nos permite usar ou f ou λ , a depender da comodidade, como um critério para classificarmos o espectro das ondas EM:
O EFEITO FOTOELÉTRICO
O efeito fotelétrco é simplesmente a ação das radiações eletromagnéticas de frequências altas (e comprimentos de ondas pequenos) sobre a matéria.
O "choque" entre as ondas e os elétrons de um material transmite a energia incidente para o elétron. E, se for suficiente, pode "arrancá-lo" do material.
Max Planck, no começo do século XX, descobriu que a energia era quantizada, ou seja, era sempre múltipla de uma certa quantidade mínima, o "quantum" (quantidade).
Cada radiação EM tinha seu quanta (quantidades) de energia diretamente proporcional à sua freqüência:
E = h.f
Onde:
h := Constante de Planck = 6,62606957(29)×10−34 J.s
h ≈ 6,63 . 10-34 J.s ≈ 4,14.10−15 eV.s
f := freqüência da radiação EM
Cada pacote de energia — ou quanta — pode ser encarado como uma "partícula" (virtual), o fóton.
Cada material tem sua "Função Trabalho", φ, que nada mas é do que a energia mínima necessária para "arrancar" um elétron:
φ = h.fo
Onde fo é a freqüência limite (ou "de limiar") do material no qual a radiação EM incide.
A Energia Cinética Máxima dos elétrons retirados pela radiação — os chamados fotoelétrons — é dada pela diferença entre a energia fornecida e a necessária ( a "Função Trabalho"):
Ecm = Er - Eo = h.f - h.fo = h (f - fo)
Resumindo-se:
a) UV: 10 nm — 400 nm
b) Energia Fóton (Relação de Planck): E = h.f
c) Energia Cinétia Máxima: Em = h.f - h.fo
d) Função Trabalho: φ = h.fo
2) Dados:
Radiação EM monocromática
Função Trabalho: φ = 4 eV
Comprimento da onda: λ = 155 nm.
Massa do elétron: m = 9,1.10−31 kg
hc = 1 240 eV.nm
3) Avaliar:
I. A radiação incidente na célula fotoelétrica está na faixa do ultravioleta.
λ = 155 nm pertence a faixa de UV: 10 nm — 400 nm ⇒ VERDADEIRA
II. A energia do fóton incidente é igual a 8 eV.
E = h.f
λ = c / f⇒ f = c / λ
E = h . c / λ
E = 1 240 eV.nm / 155 nm = 8 eV ⇒ VERDADEIRA
III. A energia cinética máxima dos fotoelétrons é igual a 12 eV.
Ecm = Er - Eo = Er - φ = 8 - 4 = 4 eV ⇒ FALSA
IV. A ordem de grandeza da velocidade dos fotoelétrons é de 104 m/s.
Ecm = m.v²/2
m.v²/2 = 4 eV
m.v² = 8 eV
v² = 8 eV / ( 9,1.10−31 kg )
Temos que transformar eV em J.
Sendo:
h ≈ 6,63 . 10-34 J.s ≈ 4,14.10−15 eV.s
Temos a relação entre J e eV:
6,63 . 10-34 (J) — 4,14.10−15 (eV)
Ecm (J) ———————————— 8 (eV)
Ecm = 8 . 6,63 . 10-34 / (4,14.10−15)
Ecm ≈ (8.7/4) 10-19
Ecm ≈ 14 . 10-19
Ecm ≈ 1,4 . 10-18
Ecm ≈ 10-18 J
v ≈ √ (10-18 / 9,1.10−31)
v ≈ √ (10-18 ) / √( 10−30)
v ≈ 10-9 / 10−15
v ≈ 106 m/s ⇒ FALSA
Outra alternativa para se transformar elétron-Volt em Joule é pela definição de elétron-Volt:
"A energia adquirida ou perdida por um elétron livre submetido a uma ddp de 1 Volt (J/C)."
E sabendo-se a carga elementar
q = 1,6.10−19 C
E a relação da energia potencial elétrica
Ep = q.V
Ep = 1,6 . 10−19 (C) . 1 (J/C)
Ep = 1,6.10−19 J
Então:
1 eV equivale a 1,6.10−19 J
Então:
v² = 8 eV / ( 9,1.10−31 kg )
v² = 8 . 1,6 . 10−19(J) / ( 9,1.10−31 kg )
v ≈ √ (10-18 / 10−30)
v ≈ √ (1012)
v ≈ 106 m/s ⇒ FALSA
AS ONDAS
Uma onda (algo que oscila, carrega e transmite energia) tem as seguintes principais características:
* Velocidade v em [m/s]
* Freqüência f em [1/s] --> Número de oscilações por segundo (Hz)
* Período T em [s] --> Tempo para uma oscilação completa
* Comprimento λ em [m]
Que são assim relacionadas:
λ = v.T
f = 1/T
As ondas ou radiações eletromagnéticas têm no vácuo uma velocidade c sempre constante:
c ≡ 299 792 458 m/s ≈ 3 .108 m/s
Elas se diferenciam pelas suas freqüências ( ou seus comprimentos de onda).
λ = v.T= v / f
No vácuo:
λ = c / f
O que nos permite usar ou f ou λ , a depender da comodidade, como um critério para classificarmos o espectro das ondas EM:
O EFEITO FOTOELÉTRICO
O efeito fotelétrco é simplesmente a ação das radiações eletromagnéticas de frequências altas (e comprimentos de ondas pequenos) sobre a matéria.
O "choque" entre as ondas e os elétrons de um material transmite a energia incidente para o elétron. E, se for suficiente, pode "arrancá-lo" do material.
Max Planck, no começo do século XX, descobriu que a energia era quantizada, ou seja, era sempre múltipla de uma certa quantidade mínima, o "quantum" (quantidade).
Cada radiação EM tinha seu quanta (quantidades) de energia diretamente proporcional à sua freqüência:
E = h.f
Onde:
h := Constante de Planck = 6,62606957(29)×10−34 J.s
h ≈ 6,63 . 10-34 J.s ≈ 4,14.10−15 eV.s
f := freqüência da radiação EM
Cada pacote de energia — ou quanta — pode ser encarado como uma "partícula" (virtual), o fóton.
Cada material tem sua "Função Trabalho", φ, que nada mas é do que a energia mínima necessária para "arrancar" um elétron:
φ = h.fo
Onde fo é a freqüência limite (ou "de limiar") do material no qual a radiação EM incide.
A Energia Cinética Máxima dos elétrons retirados pela radiação — os chamados fotoelétrons — é dada pela diferença entre a energia fornecida e a necessária ( a "Função Trabalho"):
Ecm = Er - Eo = h.f - h.fo = h (f - fo)
Resumindo-se:
a) UV: 10 nm — 400 nm
b) Energia Fóton (Relação de Planck): E = h.f
c) Energia Cinétia Máxima: Em = h.f - h.fo
d) Função Trabalho: φ = h.fo
2) Dados:
Radiação EM monocromática
Função Trabalho: φ = 4 eV
Comprimento da onda: λ = 155 nm.
Massa do elétron: m = 9,1.10−31 kg
hc = 1 240 eV.nm
3) Avaliar:
I. A radiação incidente na célula fotoelétrica está na faixa do ultravioleta.
λ = 155 nm pertence a faixa de UV: 10 nm — 400 nm ⇒ VERDADEIRA
II. A energia do fóton incidente é igual a 8 eV.
E = h.f
λ = c / f⇒ f = c / λ
E = h . c / λ
E = 1 240 eV.nm / 155 nm = 8 eV ⇒ VERDADEIRA
III. A energia cinética máxima dos fotoelétrons é igual a 12 eV.
Ecm = Er - Eo = Er - φ = 8 - 4 = 4 eV ⇒ FALSA
IV. A ordem de grandeza da velocidade dos fotoelétrons é de 104 m/s.
Ecm = m.v²/2
m.v²/2 = 4 eV
m.v² = 8 eV
v² = 8 eV / ( 9,1.10−31 kg )
Temos que transformar eV em J.
Sendo:
h ≈ 6,63 . 10-34 J.s ≈ 4,14.10−15 eV.s
Temos a relação entre J e eV:
6,63 . 10-34 (J) — 4,14.10−15 (eV)
Ecm (J) ———————————— 8 (eV)
Ecm = 8 . 6,63 . 10-34 / (4,14.10−15)
Ecm ≈ (8.7/4) 10-19
Ecm ≈ 14 . 10-19
Ecm ≈ 1,4 . 10-18
Ecm ≈ 10-18 J
v ≈ √ (10-18 / 9,1.10−31)
v ≈ √ (10-18 ) / √( 10−30)
v ≈ 10-9 / 10−15
v ≈ 106 m/s ⇒ FALSA
Outra alternativa para se transformar elétron-Volt em Joule é pela definição de elétron-Volt:
"A energia adquirida ou perdida por um elétron livre submetido a uma ddp de 1 Volt (J/C)."
E sabendo-se a carga elementar
q = 1,6.10−19 C
E a relação da energia potencial elétrica
Ep = q.V
Ep = 1,6 . 10−19 (C) . 1 (J/C)
Ep = 1,6.10−19 J
Então:
1 eV equivale a 1,6.10−19 J
Então:
v² = 8 eV / ( 9,1.10−31 kg )
v² = 8 . 1,6 . 10−19(J) / ( 9,1.10−31 kg )
v ≈ √ (10-18 / 10−30)
v ≈ √ (1012)
v ≈ 106 m/s ⇒ FALSA
Última edição por rihan em Sex 14 Dez 2012, 15:10, editado 2 vez(es)
rihan- Estrela Dourada
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Re: Efeito fotoelétrico - UEPA
Excelente explicação , mestre rihan.
Glauber Damasceno- Jedi
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Idade : 28
Localização : Nova Iguaçu - RJ
rihan- Estrela Dourada
- Mensagens : 5049
Data de inscrição : 22/08/2011
Idade : 69
Localização : Rio de Janeiro, RJ, Itabuna-Ilhéus, BA, Brasil
Re: Efeito fotoelétrico - UEPA
Explicação perfeita, tirou todas as minhas dúvidas!
Valeu mesmo, Rihan !
Valeu mesmo, Rihan !
Lais_dsp- Iniciante
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Data de inscrição : 04/12/2012
Idade : 29
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rihan- Estrela Dourada
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