E.2 · Física quântica

Esta apostila cobre tópicos selecionados de HL para o curso avaliado pela primeira vez em 2025; não constitui o programa completo.

Pré-requisitos: ler as quantidades e unidades declaradas, e usar aritmética e as condições do modelo abaixo.

Os exemplos são originais e fictícios: não são medições reais nem investigações reais de estudantes.

O que explicaria esta observação?

• Luz brilhante de baixa frequência pode falhar em ejetar elétrons, enquanto luz tênue de maior frequência tem sucesso. A energia dos fótons depende da frequência, não apenas da intensidade.

Construa o modelo

• Um fóton tem energia proporcional à frequência.
• O trabalho de saída é a energia mínima necessária para liberar um elétron de uma superfície.
• Acima do limiar, a energia excedente do fóton pode se tornar energia cinética do elétron.
• fóton: Um quanta de radiação eletromagnética.
• trabalho de saída: Energia mínima superficial necessária para liberar um elétron.

Escolha evidências que possam testá-lo

• Use energia do fóton = constante de Planck × frequência.
• Energia cinética máxima = energia do fóton - trabalho de saída.
• Aumentar a intensidade a uma frequência fixa aumenta a taxa de chegada dos fótons, não a energia individual de cada fóton.

No laboratório: Leia os eixos com atenção em um gráfico de potencial de parada ou energia cinética. Identifique a frequência limiar no intercepto de energia zero. Indique o metal e as condições experimentais, pois o trabalho de saída é específico do material.

Trabalhe a partir de quantidades conhecidas

• Conhecido: energia do fóton é 5.0 eletronvolts e função trabalho é 2.0 eletronvolts.
• Energia cinética máxima = energia do fóton - função trabalho = 5.0 - 2.0 = 3.0 eletronvolts.
• Um fóton de 1.5 eletronvolts não pode causar emissão naquela superfície neste modelo.

Sua vez: Energia do fóton é 4.8 eV e função trabalho 2.1 eV. Encontre a energia cinética máxima.

Verifique a conclusão e seus limites

• Elétrons não acumulam muitos fótons sublimiar no modelo elementar de fóton único.
• Não confunda número de fótons com energia do fóton.

Falso: Dobrar a intensidade da luz dobra a energia de cada fóton em frequência fixa. Intensidade é o número de fótons por segundo; energia do fóton depende apenas da frequência (E = hf). Dobrar a intensidade dobra a contagem de elétrons, não a energia de cada elétron — exatamente como mostra a equação fotoelétrica.

Chave:

• Um fóton tem energia proporcional à frequência.
• Use energia do fóton = constante de Planck × frequência.
• Atenção: elétrons não acumulam muitos fótons sublimiar no modelo elementar de fóton único.

Escreva a partir de uma energia cinética máxima de 3.6 elétron-volts

• Um fóton tem energia 6.0 eletronvolts e a função trabalho é 2.4 eletronvolts.
• Encontre a energia cinética máxima. Dobrar a intensidade não dobra a energia de cada fóton.

Escreva a partir de uma leitura de limiar

• Função trabalho 2.0 eV; fótons incidentes de 3.0 eV.
• Energia máxima do elétron = 3.0 − 2.0 = 1.0 eV = 1.6 × 10⁻¹⁹ J — abaixo do limiar, a intensidade não ajuda; acima dele, a intensidade define a corrente enquanto a frequência define a energia.

Escreva a partir de uma tensão de parada

• Os elétrons mais rápidos são justamente parados por 1.5 V.
• Sua energia cinética máxima é 1.5 eV — a tensão de parada mede diretamente a energia do elétron, um volt por elétron-volt.