Efeito Fotoelétrico

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Efeito Fotoelétrico - Gabriel Oliveira, Lucas Almeida, Taíle Guerreiro, Tainara Souza

Efeito Fotoelétrico

No mundo variais coisas nos rodeiam. Como será que as portas deshopping que abrem sozinhas funcionam? Como uma lâmpada acende e aapaga sozinha com o sistema sensorial? Todas essas perguntas podem serexplicadas devido ao efeito fotoelétrico. Mas o que séria o efeito fotoelétrico ecomo ele surgiu? Afinal nada surgi do nada.

Vamos nos situar historicamente. Estamos na produção cientifica dafísica ao fim do século IXX. Após Maxwell ter teorizado o que séria a ondaseletromagnéticas, quando compilou em funções matemáticas oscomportamentos de onda e unificou ramos de pesquisas até então distintos aótica e o eletromagnetismo e construiu um novo paradigma que até entãoteoricamente solucionava tudo, podendo chegar ao ponto morto- onde nada

mais tinha para se descobrir. Após sete à oito anos da morte de Maxwell Hertzconseguiu provar empiricamente a existência das ondas eletromagnéticasteorizadas por Maxwell, mas com essa comprovação emergiu-se uma novadiscussão, a respeito da luz e a descarga elétrica que ela provoca ao incidir emum material, além da deposição de matéria no receptor de onda. Dois anosdepois a essa observação de Hertz, Hallwachs mostrou que partículasnegativas eram retiradas, ejetadas de placas de metais como: sódio, zincoquando eram irradiados por ondas de luz. Um tempo depois Leonardcomprovou que a sedimentação de matéria no receptor era devido à relaçãomassa/carga, sendo resultado da emissão de elétrons.  –Esse conhecimentopode ser enriquecido com os conceitos de eletrólise- eletrólise. 

Mas a explicação do que séria mesmo o efeito fotoelétrico ainda nãoestava sintetizada e tão pouco completa. Havia um problema como mostrar quehá um espelhamento de radiação pelo elétron cujas dimensões são menoresque o tamanho do comprimento de onda da luz? Einstein deu como soluçãoteórica para o problema a necessidade criar quantum (quantidade), quantizar aradiação emitida pela luz. Os resultados empíricos dos postulados de Einsteinsó se deram após anos com os experimentos de Millikan.

Sim, mas realmente o que é o efeito fotoelétrico? O efeito fotoelétricoconsiste basicamente na emissão de elétrons, induzido pela luz. A luz écomposta por pacotes de energia, os fótons, esses pacotes possuem umaquantidade de energia que varia a depender da freqüência que ela possui enão pela intensidade como era proposta na física Clássica. Esses pacotes deenergia estimulam o elétron que está no material com uma energia, fazendocom que o elétron se desgrude, liberte-se do átomo a qual estava preso. Issosó acontece por que o a energia contida em um fóton era maior que umaenergia natural desempenha nos átomos que é uma força trabalho que matem

os elétrons presos ao átomo.

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O elétron ao ser liberado possui uma quantidade de energia para semovimentar, deslocar para longe do átomo que antes o prendia. Essa energia édefinida por todo esse processo, como o fóton, é um pacote de energia,quando ele estimula o elétron, ele perde energia nesse processo tentando

superar a força trabalho que prende o elétron ao átomo. Nisso a quantidade deenergia restante é utilizada pelo elétron estimulado para realizar o movimento.

A discussão acima pode ser sintetizada matematicamente como Ec = E  – Ø. Sendo Ec a energia cinética que o elétron tem para se deslocar. E a energiado fóton e Ø a força trabalho desempenhada pelo átomo.

Vamos visualizar como se dá esse processo.

Figura 1- Efeito fotoelétrico emissão do fóton sobre um catodo de Césio. Fonte: Autor.

Figura 2- Efeito fotoelétrico imissão do elétron após a ação do fóton sobre o catodo deCésio. Fonte: Autor.

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É importante entender o que cada componente da imagem representa.Existem dois retângulos, os dois representam placas de metal. A placa aesquerda da figura está ligada a uma fonte de energia com uma voltagem (V)especifica determinada pelo usuário do software que se encontra no site: Site

do programa. A outra placa, receptora de elétrons está ligada a uminstrumento de medida de voltagem, digamos que um galvanômetro, que iráidentificar se algum tipo de corrente foi compreendido no condutor. Essesistema trás a idéia da eletrolise. Leia mais aqui: eletrólise. 

Na eletrolise se tem dois condutores comumente que são ligados a umafonte de energia. Essa fonte definirá qual a polaridade do metal. Temos nesseexperimento um catodo de carga elétrica positiva e um ano de carga elétricanegativa. Ao inicio é imitido uma quantidade de luz, em forma de fóton nosoftware, o que pode ser visualizado na Figura1. O pacote de fóton bate sobre

o metal de Césio e estimula a retirada de um elétron. Vale salientar que aintensidade da luz, define a quantidade de pacote de fótons que serãoliberadas. Após retirar um elétron do catodo, o elétron vai possuir uma energiadefinida pela função supracitada. Mas há uma observação a se fazer, o elétronretirado do catodo só chegará ao anodo se sua energia cinética for maior que aforça de atração desempenhada pela placa que tem carga elétrica oposta aoelétron, no caso carga positiva. A seguir se tem um esquema ilustrativo:

Foi desempenhado em laboratório analise de valores em que a

energia do pacote do fóton emitida por um tipo de feixe de luz foi igual à força

Figura 3- Esquema do deslocamento do elétron. Fonte: Gutmann, F; Oliveira, N; Efeito Fotoelétrico.

Disponível em: <http://www.fis.ufba.br/~edmar/fis101/roteiros/Fotoeletrico.pdf > 

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trabalho desempenhado pelo átomo para reter o elétron. Observe os dadosobtidos:

Tabela 1 – Dados do experimento. Fonte: Autor.

METAL= Potássio NitrogênioComprimento de onda  Potencial V0 

5754 0.16

5803 0.141

5853 0.123

5904 0.105

5957 0.0866012 0.0665

Constante de Planck h = 6.664 * 10(-34) Js

a=0.415

 h= a·1.6 10-19

·10-14

Js

 h=6.62 * 10(-34)

Js ~~ h= “6.62 * 10(-34)

 Js” 

Para o metal Potássio foi utilizado à luz do nitrogênio, comcomprimentos de ondas variáveis e o potencial elétrico correspondente a cadaum, de modo que a energia do fóton fosse igual à energia do trabalho do átomopara segurar o elétron.

Para cada um dos tipos de luz fora calculado a constante de Planck, a fim de a

ter para cálculos da função.

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Figura 4- Gráfico de função dados pelos comprimentos de ondas e as voltagens. Fonte: Autor.

Tabela 2- Dados Experimentais. Fonte: Autor

METAL = POTÁSSIO CÁDMIO

COMPRIMENTO DE ONDA POTENCIAL V0

4800 0.5889

3611 1.45

3261 1.812

5086 0.443

4678 0.656

Constante de Planck h = 6.664 * 10(-33) Js

 h=a·1.6 10-19 ·10-14

Js

 a= 0.415

 h = 0.664*10-33

Tabela 3- Dados Experimentais. Fonte: Autor.

METAL = POTÁSSIO NÉON

COMPRIMENTO DE ONDA POTENCIAL V0

5882 0,1121

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4538 0.738

Constante de Planck h = 6.664 * 10 -33 Js

 h=a·1.6 10-19 ·10-14

Js

 h = 0.415

 h = 0.664*10-33

Referências Bibliográficas

Autores: Gutmann F; Oliveira, N; Efeito Fotoelétrico;Disponível em: < http://www.fis.ufba.br/~edmar/fis101/roteiros/Fotoeletrico.pdf>.Data de Acesso: 28 de fevereiro de 2012.

Autor: Desconhecido; Efeito Fotoelétrico;Disponível em: < http://pt.wikipedia.org/wiki/Efeito_fotoel%C3%A9trico>.

Data de Acesso: 28 de fevereiro de 2012.

Autor: Desconhecido; Eletrólise;Disponível em: < http://www.brasilescola.com/quimica/eletrolise.htm>.Data de Acesso: 28 de fevereiro de 2012.

Autor: García, A.F.; O Efeito fotoelétrico;Disponível em:<http://www.fisica.ufs.br/egsantana/cuantica/fotoelectrico/fotoelectrico.htm>Data de Acesso: 06 de fevereiro de 2012.