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
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
nm:
Convertendo para eV:
Para
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.
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