Exercícios Resolvidos de Efeito Fotoelétrico

USP, Física 4, P2 - 2018, Questão 2-pt1

Numa célula fotoelétrica, luz de comprimento de onda Equation e intensidade Equation incide normalmente sobre o catodo de área A e função trabalho Equation

(a) Qual é a máxima velocidade dos elétrons de massa m removidos do material? Despreze os efeitos relativísticos.

(b) Calcule o número N de fótons por segundo que atingem o catodo.

(c) Sabendo que apenas 5% dos fótons incidentes são absorvidos pelos elétrons (com carga Equation determine a corrente fotoelétrica.

Passo 1

(a) Para que o elétron seja removido do material e ainda saia com uma velocidade, a energia do fóton incidente tem que ser suficiente para removê-lo e ainda dar alguma velocidade a ele.

A energia do fóton incidente é dada por:

Equation

A energia necessária para remover o elétron é a função trabalho Equation e a energia cinética do elétron máxima é dada por:

Equation

Então:

Equation

Equation

Isolando Equation nessa equação, obtemos:

Equation

MOSTRAR SOLUÇÃO COMPLETA

Passo 2

(b) A relação entre a intensidade (potência média por unidade de área) e a energia do fóton E e a quantidade de fótons por segundo N é dada por:

Equation

Equation

Logo, isolando o N:

Equation

Passo 3

(c) Lembra lá da parte de eletricidade que a corrente elétrica média é:

Equation

Sendo que Equation é a carga total dos elétrons e pode ser escrita como:

Equation

Onde Equation é o número de elétrons absorvidos (e que portanto vão produzir a corrente).

O enunciado disse pra gente que apenas 5% dos fótons incidentes são absorvidos pelos elétrons. Podemos escrever então:

Equation

Logo:

Equation

Substituindo o valor de N que encontramos no item (b):

Equation

Resposta

(a) Equation

(b) Equation

(c) Equation

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