Efeito Fotoelétrico

1. Efeito Fotoelétrico Traduzido de www Animações de http://geocities.yahoo.com.br/saladefisica6/fisicamoderna/efeitofotoele.htm

2. O efeito fotoelétrico O que é efeito fotoelétrico? É o que determinamos experimentalmente quando raios de luz incindem em uma superfície metálica e essa superfície emite elétrons. Por exemplo, você pode produzir uma corrente em um circuito somente fazendo incidir luz em uma chapa metálica. Por que você acha que isso acontece?

3. Bem...a luz é uma onda eletromagnética, e as ondas carregam energia. Então se uma onda de luz bate em um elétron de um dos átomos do metal, ela pode transferir energia suficiente para arrancar o elétron de seu átomo. Ok. Agora, se a luz é de fato composta por ondas como vc sugere.... Como assim, "se a luz é composta"? Existe outra opção? Historicamente, a luz tem sido considerada mais como partícula do que como onda; Newton, por exemplo, pensou na luz dessa forma. A concepção da luz como partícula foi desacreditada com a experiência da fenda dupla de Young, que demonstrou a característica ondulatória da luz. double slit experiment. Mas no século 20 alguns cientistas – Einstein foi um deles – começaram a examinar novamente a idéia corpuscular da luz. Einstein percebeu que experimentos mais cuidadosos envolvendo efeito fotoelétrico puderam mostrar se a luz consistia em partículas ou em ondas.

4. Como? Me parece que o efeito fotoelétrico poderia ocorrer independente se essa visão fosse correta ou não. Mesmo assim, a luz carregaria energia, então seria capaz de arrancar os elétrons. Sim, você está certa. Mas os detalhes do efeito fotoelétrico são diferentes dependendo da natureza que você considera para a luz- corpuscular ou ondulatória. Se são ondas, a energia contida em uma das ondas dependerá somente da sua amplitude, ou seja, da intensidade da luz. Outros fatores como a freqüência não farão diferença. Então, por exemplo, luz vermelho e ultravioleta de mesma intensidade ira arrancar o mesmo número de elétrons e a energia cinética máxima de ambos os grupos de elétrons também seria a mesma. Diminuindo a intensidade, você terá menos elétrons, e corrente fluirá mais devagar se a luz for muito fraca, você não perceberá nenhum elétron fluindo, não importa qual a freqüência utilizada.

5. Isso parece bem razoável para mim. Como o efeito mudaria se você assumisse que a luz é feita de partículas? • Para responder isso, eu tenho que lhe dar outras informações primeiro. Tudo começou com o trabalho sobre radiação de Max Planck

6. Constante e a Energia de um Fóton • Em 1900, Max Planck estava trabalhando no problema de como a emissão de radiação por um objeto estava relacionada com sua temperatura. Ele chegou a uma formula que concordava muito com os dados experimentais, mas a formula só fazia sentido se ele assumisse que a energia de vibração das moléculas fossem quantizadas- pudessem assumir somente determinados valores. A energia deveria ser proporcional à freqüência de vibração, e parecia concordar com relação de multiplicação de pequenos “pedaços” de freqüência e uma constante. Essa constante começou a ser conhecida como constante de Planck, ou h, e seu valor é • É uma constante bem pequena.

7. Sim, mas é uma idéia extremamente radical sugerir que a energia pudesse existir somente em pedaços discretos, mesmo se os pedaços fossem bem pequenos. Planck realmente não percebeu como seu trabalho era revolucionário para a época; ele pensou que estava só fudging a matemática para chegar na resposta correta, e estava convencido de que alguém mais poderia encontrar uma melhor explicação para sua formula. • Eu acho que Einstein deve ter levado ele a sério, apesar disso. • Muito seriamente. Baseando-se no trabalho de Planck, Einstein propôs que a luz conserva sua energia em blocos; a luz consistira então em pequenas partículas, ou quanta, chamadas de fótons, cada um com uma energia proporcional à constante de Planck. • Nesse caso, a freqüência da luz fará a diferença no efeito fotoelétrico.

8. Exatamente. Fótons de alta freqüência possuem mais energia, então eles fariam os elétrons serem liberados mais rapidamente; dessa foram, se mudarmos a luz para outra de mesma intensidade mas de freqüência mais alta, aumentaremos a energia cinética máxima dos elétrons emitidos. Se você deixar a mesma freqüência mas aumentar a intensidade, mais elétrons serão emitidos (por que mais fótons estarão “batendo” nesses elétrons), mas eles não sairão mais rápido, porque cada fóton tem a mesma energia. • E se a freqüência é baixa o suficiente, então nenhum fóton terá energia suficiente para estimular a saída dos elétrons de nenhum átomo. Então se você usa uma freqüência muito baixa, não terão nenhum elétron emitido, não importa quão grande seja a intensidade da luz. Por outro lado, se você usar uma alta freqüência, você ainda liberará alguns elétrons, mesmo se a intensidade for muito pequena. • É isso ai. Portanto, com alguns poucos experimentos simples, o efeito fotoelétrico é capaz de nos dizer se a luz é de fato feito de partículas ou ondas.

9. Alguém já realizou tais experimentos? Como foram feitos? • Em 1913-1914, R.A. Millikan fez uma série de experimentos extremamente cuidadosos envolvendo o efeito fotoelétrico. Ele percebeu que todos os seus resultados concordavam exatamente com as previsões de Einstein sobre fótons, não com a teoria de ondas. Na verdade, Einstein ganhou o Prêmio Nobel por seu trabalho do efeito fotoelétrico, não pela sua famosa teoria da relatividade. • Então a luz é feita de partículas! Mas espere… e o experimento da dupla fenda? Eu não vejo como a luz pode ter um padrão de interferência como aquele a não ser se for feita de ondas?! • Sim, mas creio que isso é um pouco mais complicado. Alguns resultados experimentais, como esse, parecem acima de qualquer dúvida que a luz consiste em partículas; outros insistem, de forma irrefutável, que é onda. Nós só podemos concluir que a luz é tanto onda como particular – ou o que algo além do que conseguimos visualizar- pois aparece para nós ora como onda, ora como partícula, dependendo de como nós a olhamos.

10. Veja na animação os fatores que influenciam no efeito fotoelétrico. CLIQUE AQUI http://www.fisica.ufpb.br/~romero/SeedAlunos2005/EfeitoFotoeletrico/Site/Animacao.htm