Mudanças entre as edições de "Teced/textos/Grupo 4"

Edição das 15h39min de 17 de setembro de 2012

Aula: Efeito Fotoelétrico

Integrantes: Ingrid Morselli, João Strasburg, Leandro Milhomens, Mayara Busnello e Pamela Souto.

Contexto histórico

O efeito fotoelétrico foi primeiramente observado por volta de 1887, por Heinrich Hertz, em seus experimentos de produção e recepção de ondas eletromagnéticas. Ele colocou as bobinas de seu experimento no escuro, para enxergar melhor as faíscas, percebendo que estas eram menores do que quando ele as via na luz e também observou que ao incidir luz ultravioleta, a corrente aumentava.

Experiência de Hertz confirmando a existência de ondas eletromagnéticas.

Como Hertz não havia tentado explicar o por que do que ele estava vendo, apesar de publicar os dados, Joseph John Thomson, que trabalhava com tubos de raios catódicos observou este fenômeno e descreveu-o como sendo devido ao campo eletromagnético variável, que produzia ressonâncias com o campo interno do átomo e que alcançavam amplitude suficiente para expelir um elétron. Para ele, a intensidade da luz fazia variar a intensidade da corrente elétrica.

Em 1902, Philipp von Lenard fez um experimento de efeito fotoelétrico e percebeu a mudança na energia dos elétrons com relação a frequência da luz emitida no experimento. Neste experimento ele percebeu que dava para perceber que luzes de frequências maiores precisavam de menos diferença de potencial entre o cátodo e o ânodo, e frequências menores precisavam de maior potencial entre cátodo e ânodo. Este experimento auxiliaria Albert Einstein a desevolver uma resposta para este fenômeno observado, o que lhe garantiria um prêmio Nobel no futuro.

Experimento

Simulação do Experimento

O que a teoria ondulatória não explica

• A teoria ondulatória requer que a amplitude do campo elétrico oscilante E da onda luminosa cresça se a intensidade da luz for aumentada. Já que a força aplicada ao elétron é eE, onde e é a carga do elétron, isto sugere que a energia cinética dos fotoelétrons deveria também crescer ao se aumentar a intensidade do feixe luminosos. Entretanto a energia cinética maxima é igual a eV, independente da intensidade da luz.

A teoria de Einstein para o efeito fotoelétrico

Em 1905 Albert Einstein propôs que a radiação eletromagnética é composta de “pacotes” de energia ou “fótons”.
A energia E de cada fóton é proporcional à freqüência ν da radiação: E = hν , onde h é a constante de Planck, utilizada originalmente para explicar a radiação do corpo negro. Ao incidir sobre uma superfície metálica, a energia de um fóton pode ser totalmente absorvida por um elétron, o qual pode ser eventualmente ejetado da superfície com energia cinética E h e c = ν − φ, isto é, igual à energia do fóton menos o trabalho necessário para extrair um elétron do metal: eφ, onde e é a carga do elétron e φ é denominada função de trabalho do metal. Isto explica por quê a energia máxima dos elétrons ejetados é independente da intensidade da fonte. Aumentar a intensidade da fonte, por exemplo, significa aumentar o número de fótons que incide sobre a superfície metálica por unidade de tempo.
Como conseqüência, um número proporcionalmente maior de elétrons é emitido pela superfície (aumenta a corrente foto-elétrica), mas a energia máxima de cada elétron continua sendo a mesma. No entanto se a freqüência da radiação for tal que a energia dos fótons seja menor do que eφ, nenhum elétron terá energia suficiente para escapar do metal, ou seja, a freqüência de corte é ν0 = eφ / h. A teoria explica também por quê não há atraso na emissão dos fotoelétrons. Mesmo para intensidades baixas da luz, como a energia de cada fóton é muito pequena, um grande número de fótons incide sobre a superfície, ejetando elétrons imediatamente. A teoria prevê, portanto, uma relação linear entre a energia máxima dos fotoelétrons e a freqüência da radiação incidente. Esta relação foi verificada experimentalmente por R. A. Millikan com auxílio de uma célula fotoelétrica em 1914, permitindo uma medida da constante de Planck.

Referências