(a) Esboce qualitativamente a corrente fotoelétrica em função do potencial de retardo (frenagem) ( V<0 ), considerando duas fontes de luz de mesma frequência mas intensidades distintas. (b) Qual(ais) especto(os) destas curvas está em desacordo com a física clássica? Explique. © Esboce qualitativamente a corrente fotoelétrica em função do potencial de retardo (frenagem) (V<0), considerando duas fontes de luz de mesma intensidade mas frequências distintas. Em particular, considere frequências acima do limiar. (d) Qual(ais) especto(os) destas curvas está em desacordo com a física clássica? Explique.

Passo 1

Beleza, vamos resolver esse exercício sobre o efeito fotoelétrico! Primeiro, vamos resumir o que está sendo pedido:
  • Parte (a): Queremos esboçar qualitativamente a corrente fotoelétrica em função do potencial de retardo (V < 0) para duas fontes de luz com a mesma frequência, mas intensidades diferentes.
  • Parte (b): Precisamos identificar qual dessas curvas não está de acordo com a física clássica e explicar o porquê.
  • Parte ©: Agora, vamos esboçar a corrente fotoelétrica para duas fontes com a mesma intensidade, mas frequências diferentes, considerando que as frequências estão acima do limiar.
  • Parte (d): Novamente, devemos apontar quais aspectos dessas curvas vão contra a física clássica e justificar.
Para resolver isso, vamos precisar entender os conceitos do efeito fotoelétrico, como a relação entre intensidade da luz, frequência, potencial de retardo e como esses fatores influenciam a corrente fotoelétrica.

Passo 2

Primeiro, vamos entender o que é o efeito fotoelétrico. Quando a luz incide sobre um metal, ela pode ejetar elétrons desse metal, criando uma corrente elétrica. Essa corrente depende de dois fatores principais:
  1. Intensidade da luz: Relaciona-se com a quantidade de energia fornecida pela luz.
  2. Frequência da luz: Relaciona-se com a energia individual dos fótons da luz.
O potencial de retardo (V < 0) é usado para tentar “reter” os elétrons emitidos, reduzindo assim a corrente fotoelétrica.

Passo 3

Parte (a): Vamos esboçar a corrente fotoelétrica em função do potencial de retardo para duas fontes com a mesma frequência, mas intensidades diferentes.
Como a frequência é a mesma, a energia dos fótons é igual para as duas fontes. A diferença está na intensidade: maior intensidade significa mais fótons por unidade de tempo, logo mais elétrons podem ser emitidos.
Quando aumentamos o potencial de retardo (tornando V mais negativo), começamos a reduzir a corrente porque estamos tentando reter os elétrons. Para ambas as intensidades, a corrente diminuirá à medida que o potencial de retardo aumenta, mas a fonte com maior intensidade terá uma corrente maior para cada valor de V.
Então, ao esboçar o gráfico, teremos duas curvas que diminuem à medida que V se torna mais negativo, mas uma estará sempre acima da outra, correspondendo à maior intensidade.

Passo 4

Parte (b): Agora, precisamos identificar qual aspecto dessas curvas contraria a física clássica.
Na física clássica, esperava-se que a corrente fotoelétrica dependesse apenas da intensidade da luz e não da frequência, além de que não havia um limite mínimo de frequência para a emissão de elétrons. Porém, no efeito fotoelétrico real, existe uma frequência mínima (limiar) abaixo da qual nenhum elétron é emitido, independentemente da intensidade.
No caso das curvas da parte (a), porque ambas as fontes têm a mesma frequência e estão acima do limiar, a física clássica não prevê um corte abrupto na corrente em um determinado potencial de retardo, algo que é observado experimentalmente devido à existência da função trabalho.

Passo 5

Parte ©: Agora, vamos esboçar a corrente fotoelétrica para duas fontes com a mesma intensidade, mas frequências diferentes, todas acima do limiar.
Aqui, a intensidade é a mesma, então o número de fótons incidentes é igual. No entanto, a frequência diferente significa que os fótons têm energias diferentes. Fótons com maior frequência têm mais energia, o que resulta em elétrons com maior energia cinética ao serem emitidos.
Ao aumentar o potencial de retardo (V < 0), a corrente diminuirá para ambas as fontes. Contudo, a fonte com maior frequência terá uma corrente que cai mais lentamente, já que seus elétrons possuem mais energia e podem superar maiores potenciais de retardo.
No gráfico, teremos duas curvas decrescentes, mas a curva da fonte de maior frequência estará acima da curva da fonte de menor frequência para cada valor de V.

Passo 6

Parte (d): Finalmente, vamos identificar quais aspectos dessas curvas estão em desacordo com a física clássica.
Segundo a física clássica, a energia dos elétrons emitidos depende apenas da intensidade da luz, não da sua frequência. No entanto, observamos que ao variar a frequência, a energia dos elétrons muda, o que afeta como a corrente se comporta em relação ao potencial de retardo.
Além disso, a existência de uma frequência mínima para a emissão de elétrons e o fato de que elétrons emitidos por luz de maior frequência podem superar maiores potenciais de retardo também contraria as previsões da física clássica, confirmando aspectos previstos pela teoria quântica.

Resposta

Resumindo, as curvas de corrente fotoelétrica para diferentes intensidades e frequências mostram comportamentos que a física clássica não prevê, como a dependência da corrente na frequência da luz e a existência de uma frequência de limiar para a emissão de elétrons.

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