FCMSCSP 2020
Para explicar o fenômeno do efeito fotoelétrico, Einstein considerou que a luz é composta por fótons (partículas de luz) e que cada fóton transporta uma quantidade de energia, EF, dada pela expressão EF = h ⋅ f, sendo f a frequência da onda associada à luz e h a constante de Planck, de valor 6,6 × 10–34 J ∙ s.
Um LED que emite 6,0 × 1018 fótons a cada minuto e cuja luz tem frequência 5,0 × 1014 Hz emite com potência igual a
3,0 × 10–3 W.
1,2 × 10–2 W.
5,6 × 10–2 W.
2,0 W.
3,3 × 10–2 W.
Resolução
Para determinar a potência do LED, basta calcular a energia emitida por segundo.
1. Energia de um fóton
A energia transportada por um único fóton é dada por
\[E_{fóton}=h\,f\]
Dados:
h = 6,6 × 10–34 J·s
f = 5,0 × 1014 Hz
\[E_{fóton}=6{,}6\times10^{-34}\;\text{J·s}\;\times\;5{,}0\times10^{14}\;\text{s}^{-1}=33\times10^{-20}\;\text{J}=3,3\times10^{-19}\;\text{J}\]
2. Número de fótons por segundo
O LED emite 6,0 × 1018 fótons por minuto. Convertendo para segundos:
\[N_{\text{seg}}=\frac{6,0\times10^{18}}{60}\approx1,0\times10^{17}\;\text{fótons/s}\]
3. Potência emitida
Potência é energia por unidade de tempo:
\[P=N_{\text{seg}}\,E_{fóton}=1,0\times10^{17}\;\times\;3,3\times10^{-19}\;\text{J/s}=3,3\times10^{-2}\;\text{W}\]
Logo, a potência do LED é 3,3 × 10–2 W.
Alternativa correta: E
Dicas
Erros Comuns
- Fóton: partícula de luz cuja energia depende somente da frequência: \(E=h\,f\).
- Constante de Planck (h): 6,6 × 10–34 J·s.
- Potência: razão entre energia e tempo (J/s = W).
- Conversão de unidades de tempo: 1 min = 60 s.
