Em 1905, Albert Einstein propôs que a luz, um tipo de radiação eletromagnética, é composta por fótons, sendo que cada fóton tem energia proporcional à frequência da luz (\(f\)) e à constante de Planck (\(h\)). Nesses termos, \(E = hf\), e a intensidade da luz é a medida da quantidade de fótons. Essa interpretação foi fundamental para o desenvolvimento da teoria quântica da luz e para explicar o efeito fotoelétrico. Esse efeito consiste em um fenômeno físico no qual elétrons são ejetados de um material, geralmente um metal, quando este é irradiado com luz cujos fótons têm energia maior que a energia de ligação do elétron ao material, também conhecida como função trabalho. Assim, quando o fóton incide sobre a superfície do material, a energia excedente transforma-se na energia cinética do elétron que escapa da superfície.
Em qual das situações a seguir a energia cinética do elétron ejetado no efeito fotoelétrico aumenta?
Aumentando a intensidade da luz incidente.
Usando uma superfície maior.
Aumentando a frequência da luz incidente.
Usando um material com função trabalho maior.
Diminuindo a energia do fóton incidente.
Resolução
A energia de cada fóton é dada por E = hf, em que E é a energia do fóton, h é a constante de Planck e f é a frequência da luz. Como h é constante, aumentar a frequência aumenta a energia de cada fóton.
No efeito fotoelétrico, parte da energia recebida pelo elétron é usada para retirá-lo do material. A energia mínima necessária para isso é chamada de função trabalho. Pela conservação da energia, o que sobra fica como energia cinética do elétron: energia cinética máxima = energia do fóton − função trabalho.
Para um mesmo material, a função trabalho permanece constante. Portanto, aumentando a frequência da luz incidente, cada fóton fornece mais energia e, depois de retirar o elétron, sobra mais energia para seu movimento. Por isso, a resposta informada está correta.
Já aumentar apenas a intensidade da luz, mantendo a frequência, aumenta a quantidade de fótons incidentes, mas não a energia de cada um. Isso pode aumentar a quantidade de elétrons ejetados, desde que os fótons tenham energia suficiente, mas não aumenta a energia cinética máxima deles.