Teced/textos/Grupo 2

Lab de Física Moderna - Efeito Fotoelétrico

1- Introdução Teórica

O efeito fotoelétrico consiste no fenômeno de extrair elétrons da superfície de metais através da incidência de radiação eletromagnética. Assim, as ondas eletromagnéticas fornecem energia para o elétron sobre o qual incidem que por sua vez tem um incremento de energia cinética podendo “escapar” do material que o continha. Este efeito foi descoberto por Hertz em 1887 e é uma das formas de se extrair elétrons de um material, sendo as outras formas a emissão termoiônica, a emissão secundária e a emissão de campo, sendo que essas últimas não serão discutidas no presente experimento. Para melhor compreensão desta fenomenologia foram realizados diversos experimentos no inicio do século de 1900. Nestes experimentos algumas características foram observadas:

Que a energia cinética dos fotoelétrons é independente da intensidade de luz incidente;

Que a energia cinética máxima dos fotoelétrons de um determinado material depende somente da energia da luz incidente;

Que quanto menor a função-trabalho de um material emissor menor é a frequência limiar com que a luz consegue ejetar os elétrons;

E finalmente que o número de foto elétrons emitido é proporcional à intensidade da luz incidente.

No entanto, estas propriedades não podiam ser explicadas adequadamente com a teoria clássica do eletromagnetismo ondulatório, necessitando de novas considerações teóricas, sugeridas posteriormente pelo modelo teórico de Einstein.

1.1 – As ideias de Lenard

Philipp Eduard von Lenard estudou os raios catódicos e foi responsável pelo descobrimento de diversas de suas propriedades. Resumidamente, quanto à emissão e geração dos raios catódicos (através do efeito fotoelétrico) ele observou que:

1. no efeito fotoelétrico, a corrente elétrica (número de elétrons por unidade de tempo) medida é proporcional à energia carregada pela luz incidente e que

2. a energia cinética dos elétrons liberados é independente da energia da luz incidente, variando apenas com o comprimento de onda. Quanto maior o comprimento de onda, menor essa energia cinética e vice-versa.

1.2 - O Modelo Teórico de Einstein para o Efeito Fotoelétrico

Em 1905, inspirado pela hipótese de Planck do quantum de ação, Einstein propôs que as ondas eletromagnéticas também seriam quantizadas, em unidades de energia chamadas fótons. A energia E de cada fóton seria dada por uma função da sua frequência υ e da constante de Planck h.

Desta forma, um elétron poderia absorver esta energia do fóton sendo capaz de ser ejetado da superfície de um material com energia cinética Ec dada por:

Ec=hv-eφ (I)