Questão 94 — ENEM 2020 Digital

Ficha da Questão

• 📚 Matérias Necessárias: Física → Física Moderna (Efeito Fotoelétrico)
• ⚡ Nível: Fácil — a questão é puramente conceitual, exige apenas reconhecer a ordem correta de causa e efeito no fenômeno, sem nenhum cálculo.
• 🎯 Tema/Habilidade: Efeito fotoelétrico e interação luz-matéria; competência de interpretar um fenômeno físico descrito em um texto contextualizado sobre energia solar.
• 🏆 Gabarito: A — revelado após resolução completa

Passo 1 — Leitura Estratégica do Comando

• Comando reformulado: "Qual é a sequência correta de eventos — o que acontece primeiro e o que acontece depois — no efeito fotoelétrico na superfície de um metal?"
• Palavras-chave decisivas: sequência de eventos, superfície dos metais, efeito fotoelétrico
• Armadilha típica: trocar as entidades envolvidas (achar que é o elétron que é absorvido, ou que o fóton é emitido) ou inverter a ordem cronológica (colocar a emissão antes da absorção).
• O que a resposta precisa demonstrar: entendimento de que a luz — na forma de fótons — é o que incide e é absorvido pelo metal, e o elétron é a partícula material que, em consequência disso, é ejetada da superfície.

Passo 2 — Mapa de Conceitos Essenciais

• Fóton: quantum (pacote discreto) de energia eletromagnética, com energia E = h·f, em que h é a constante de Planck e f é a frequência da radiação. É a "partícula de luz" que carrega a energia até o metal.
• Efeito fotoelétrico: fenômeno em que elétrons são ejetados da superfície de um material — tipicamente um metal — quando este é iluminado por radiação eletromagnética de frequência suficientemente alta. Foi explicado por Einstein em 1905, o que lhe rendeu o Prêmio Nobel de Física.
• Função trabalho (φ): energia mínima necessária para arrancar um elétron da rede metálica. Só fótons com energia h·f ≥ φ conseguem provocar a emissão de elétrons.
• Equação de Einstein do efeito fotoelétrico: E_c = h·f − φ, em que E_c é a energia cinética do elétron ejetado. Essa equação deixa explícita a ordem lógica: primeiro entra energia via fóton, depois sai o elétron com o excedente de energia.
• Célula fotovoltaica (contexto do enunciado): dispositivo semicondutor que explora um fenômeno análogo — o efeito fotovoltaico — para converter luz solar em corrente elétrica, servindo de "gancho" tecnológico para a questão.

Passo 3 — Decodificação do Enunciado

• Evidência 1: "capazes de converter... parte da energia dos raios solares em energia elétrica" → indica que a entrada do sistema é energia luminosa (fótons vindos do Sol) e a saída é energia elétrica, ou seja, elétrons em movimento.
• Evidência 2: "efeito fotoelétrico... na superfície dos metais" → remete diretamente ao experimento clássico estudado por Hertz e explicado teoricamente por Einstein: luz incide sobre um metal, e elétrons são ejetados de sua superfície.
• Síntese: a questão pede a ordem cronológica exata do fenômeno. Antes de qualquer coisa, a luz (fóton) chega à superfície metálica e é absorvida; somente depois, como consequência direta dessa absorção, o elétron adquire energia suficiente para escapar do metal — ou seja, ser emitido.

Passo 4 — Resolução Completa (Passo a Passo)

Subpasso 4.1 — Entendendo o mecanismo físico do efeito fotoelétrico

Quando um feixe de luz atinge a superfície de um metal, a radiação eletromagnética se comporta como um conjunto de partículas discretas de energia — os fótons —, cada um com energia E = h·f. Esses fótons colidem com os elétrons de condução presentes no metal. Se um fóton tiver energia suficiente, ele é absorvido integralmente por um elétron, transferindo-lhe toda a sua energia em um único evento (não há absorção parcial ou acumulada de vários fótons fracos).

Subpasso 4.2 — A consequência: emissão do elétron

Ao absorver o fóton, o elétron recebe um "salto" de energia. Se essa energia for maior ou igual à função trabalho do metal (φ — a energia de ligação que o mantém preso à rede cristalina), o elétron rompe essa ligação e é ejetado da superfície, tornando-se um "fotoelétron" livre, com energia cinética dada por E_c = h·f − φ. Repare que a ordem é sempre a mesma: primeiro entra energia (absorção do fóton), depois sai matéria (emissão do elétron) — jamais o contrário, pois não faria sentido físico o elétron "sair antes" de receber a energia que o impulsiona.

Subpasso 4.3 — Verificação contra as alternativas

Comparando a sequência deduzida — absorção de fóton (causa) seguida de emissão de elétron (efeito) — com as cinco alternativas, apenas uma reproduz exatamente essa ordem e essas entidades: a alternativa A ("absorção de fótons e a emissão de elétrons"). Isso é coerente com o texto-base, que descreve painéis solares convertendo energia luminosa (fótons) em energia elétrica (fluxo de elétrons livres) — exatamente a lógica de "fóton entra, elétron sai".

Passo 5 — Análise Crítica de Todas as Alternativas

A) absorção de fótons e a emissão de elétrons.

✅ Correta: descreve exatamente a sequência física do efeito fotoelétrico — o metal absorve a energia luminosa na forma de fótons e, como consequência direta desse ganho de energia, libera (emite) elétrons de sua superfície.

B) absorção de elétrons e a emissão de fótons.

❌ Incorreta: inverte completamente as entidades envolvidas no fenômeno. No efeito fotoelétrico o metal não "absorve elétrons" nem "emite fótons"; essa descrição se aproxima, na verdade, de outros processos radiativos (como emissão de luz por átomos excitados), não do efeito fotoelétrico.

C) emissão de fótons e a absorção de elétrons.

❌ Incorreta: além de trocar as entidades (mesmo erro conceitual da alternativa B), ainda inverte a ordem cronológica ao colocar a emissão antes da absorção, contrariando a relação de causa e efeito que caracteriza o fenômeno.

D) absorção e a emissão de elétrons.

❌ Incorreta: mantém a ordem correta (algo é absorvido antes de algo ser emitido), mas erra a entidade que é absorvida — não é o elétron que o metal absorve; é o fóton (energia luminosa). O elétron participa apenas do lado da emissão.

E) absorção e a emissão de fótons.

❌ Incorreta: trata os fótons como a entidade que é tanto absorvida quanto emitida, ignorando que o resultado do efeito fotoelétrico é a ejeção de elétrons (partículas materiais carregadas), e não a reemissão de fótons pelo metal.

🏆 Gabarito: A — a sequência correta do efeito fotoelétrico na superfície dos metais é: o material absorve fótons (energia luminosa) e, em resposta a essa absorção, emite elétrons de sua superfície.

Passo 6 — Conclusão, Generalização e Dica de Prova

• Reafirmação do gabarito: a alternativa A é a única que preserva simultaneamente a entidade correta em cada etapa (fóton é absorvido, elétron é emitido) e a ordem causal correta (absorção sempre antecede emissão).
• Padrão de cobrança: o ENEM costuma explorar o efeito fotoelétrico de forma conceitual, contextualizado em tecnologias do cotidiano — painéis solares, sensores fotográficos, câmeras digitais —, testando se o estudante compreende a relação fóton–elétron sem exigir manipulação da equação de Einstein.
• Generalização: sempre que o enunciado descrever "luz interagindo com um metal e liberando elétrons", associe imediatamente ao padrão fixo do efeito fotoelétrico: fóton entra (absorção) → elétron sai (emissão).
• Dica de eliminação rápida: elimine de cara qualquer alternativa que comece com "absorção de elétrons" ou termine com "emissão de fótons" — nessas construções o efeito fotoelétrico está sempre com fóton entrando e elétron saindo, nunca o inverso.
• Conexões: dualidade onda-partícula da luz (quantização de energia proposta por Planck e usada por Einstein) e o funcionamento de células fotovoltaicas e semicondutores, que empregam um efeito análogo — o efeito fotovoltaico — para gerar corrente elétrica a partir da luz solar.