Você está no laboratório e precisa escolher um elemento para uma célula fotoelétrica que funcione com luz visível (comprimentos de onda entre 750 nm e 400 nm ). Quais elementos da tabela abaixo você pode usar para essa célula?
Elemento Função trabalho (eV)
Tungstênio 4,5
Alumínio 4,08
Bário 2,5
Lítio 2,3
Césio 2,1

Passo 1

Beleza, vamos lá! Você está querendo montar uma célula fotoelétrica que funcione com luz visível, que tem comprimentos de onda entre 750 nm e 400 nm. Para isso, precisamos entender sobre efeito fotoelétrico e a função trabalho dos materiais. Basicamente, precisamos verificar quais elementos têm função trabalho compatível com a energia dos fótons da luz visível para liberar elétrons.

Passo 2

Primeiro, vamos calcular a energia dos fótons da luz visível. A energia E = hclambda de um fóton está relacionada ao seu comprimento de onda pela fórmula:
Onde:
  • é a constante de Planck ( J·s)
  • é a velocidade da luz ( m/s)
  • é o comprimento de onda
Como queremos a energia em elétron-volts (eV), vamos lembrar que eV J.

Passo 3

Vamos calcular a energia para os extremos do intervalo da luz visível:
Para E = 6,626 times 10^-34 times 3,0 times 10^8750 times 10^-9 approx 2,65 times 10^-19 J nm:
E approx 2,65 times 10^-191,602 times 10^-19 approx 1,65 eV
Convertendo para eV:
E = 6,626 times 10^-34 times 3,0 times 10^8400 times 10^-9 approx 4,97 times 10^-19 J
Para E approx 4,97 times 10^-191,602 times 10^-19 approx 3,10 eV nm:
Convertendo para eV:
Então, a energia dos fótons da luz visível varia de aproximadamente 1,65 eV a 3,10 eV.

Passo 4

Agora, vamos comparar essa faixa de energia com a função trabalho de cada elemento da tabela. A condição para ocorrer o efeito fotoelétrico é que a energia do fóton seja maior ou igual à função trabalho do material.
Elemento Função Trabalho (eV)
Tungstênio 4,5
Alumínio 4,08
Bário 2,5
Lítio 2,3
Césio 2,1
Vamos ver quais elementos têm função trabalho menor ou igual a 3,10 eV:
  • Bário (2,5 eV): 2,5 ≤ 3,10 ✔️
  • Lítio (2,3 eV): 2,3 ≤ 3,10 ✔️
  • Césio (2,1 eV): 2,1 ≤ 3,10 ✔️
Já o Tungstênio (4,5 eV) e o Alumínio (4,08 eV) têm funções trabalho maiores que 3,10 eV, então não funcionam com a energia dos fótons da luz visível.

Resposta

Os elementos que você pode usar para a célula fotoelétrica que funciona com luz visível são Bário, Lítio e Césio.

Exercícios relacionados