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Carlos Alberto dos SantosProfessor Visitante
Departamento de Ciências Exatas e NaturaisUniv. Federal Rural do Semi-Árido
Mestrado Nacional Profissional de Ensino de Físicacas.ufrgs@gmail.com
O efeito fotoelétrico na perspectiva da teoria de Kuhn
Parte 3/3
http://pt.slideshare.net/casifufrgs/
cas.ufrgs@gmail.com
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S U M Á R I O
cas.ufrgs@gmail.com
Dualidade onda-partícula
A hipótese do quantum de luz
A equação de Einstein
A teoria do gatilho
De Broglie e Compton
O efeito fotoelétrico
Teoria de Kuhn
Os experimentos de Millikan
http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1923/millikan-lecture.pdf
cas.ufrgs@gmail.com
After ten years of testing [...] experimental measurement of the energies of emission of photoelectrons [...], this work resulted, contrary to my own expectation, in the first direct experimental proof in 1914 of the exact validity [...] of the Einstein equation, and the first direct photoelectric determination of Planck’s h.
Há controvérsia
Por que Millikan precisou de 10 anos para chegar a essa
conclusão?
cas.ufrgs@gmail.com
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1907 – 1912A confusão era grande!
Muitos resultados contraditórios
cas.ufrgs@gmail.com
A acuidade experimental de Millikan, bem explicitada em seus
trabalhos
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1. Limpeza das superfícies dos catodos;2. Determinação dos potenciais de contato;3. Uso da velocidade máxima dos elétrons e
não da velocidade mais frequente;4. Precisão na medida da frequência de corte;5. Evitar a detecção de elétrons secundários.
Chama a atenção para os seguintes detalhes
MILLIKAN, Phys. Rev. v.7, n.3, p.355, 1916
Mas, o que fazem e dizem seus concorrentes?
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1907-1915Millikan e seus concorrentes
1912A. L. Hughes
1912Owen W.
Richardson
1912Karl Taylor Compton
1914
RICHARDSON, Phys. Rev. v.4, p.522, 1914
1914
RICHARDSON, Phys. Rev. v.4, p.522, 1914
RICHARDSON & KARL COMPTON, Science, May 17, p.783, 1912
1912
RICHARDSON & KARL COMPTON, Science, May 17, p.783, 1912
1912
RICHARDSON & KARL COMPTON, Science, May 17, p.783, 1912
1912
RICHARDSON & KARL COMPTON, Science, May 17, p.783, 1912
1912
1912-1932
HUGHES, A.P.; DuBRIDGE, L.A. Photoelectric phenomena, 1932, p.17.
1912
MILLIKAN, Physical Review, v.7, n.3, p.355-390, 1916
It was in I9o5 that Einstein made the first coupling of photo effects and with any form of quantum theory by bringing forward the bold, not to say the reckless, hypothesis of an electro-magnetic light corpuscle of energy hn, which energy was transferred upon absorption to an electron. This hypothesis may well be called reckless first because an electromagnetic disturbance which remains localized in space seems a violation of the very conception of an electromagnetic disturbance, and second because it flies in the face of the thoroughly established facts of interference.
MILLIKAN, Physical Review, v.7, n.3, p.355-390, 1916
The hypothesis was apparently made because it furnished a ready explanation of one of the most remarkable facts brought to light by recent investigations, viz., that the energy with which an electron is thrown out of a metal by ultra-violet light or X-rays is independent of the intensity of the light while it depends on its frequency.
MILLIKAN, Physical Review, v.7, n.3, p.355-390, 1916
This fact alone seems to demand some modification of classical theory or, at any rate, it has not yet been interpreted satisfactorily in terms of classical theory.
A transição de um paradigma em crise para um novo (...) está longe de ser um processo cumulativo obtido através de uma articulação do velho paradigma.
p. 116
MILLIKAN, Physical Review, v.7, n.3, p.355-390, 1916
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Filme de impureza superficial produz correntes centenas de vezes menores.
Elétrons produzidos por luz refletida nas paredes do equipamento resultam em erros nas medidas.
Efeito do potencial de contato na medida da função trabalho.
Poucos pontos experimentais. Uso da energia mais frequente, em vez da energia
máxima.
Fontes de erros experimentais
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Construir uma máquina com servomecanismo para analisar várias amostras sem abrir o vácuo.
Dispor de um sistema para desbastar, em vácuo, a superfície do material a ser analisado.
Levar em conta o potencial de contato entre anodo e catodo.
Selecionar materiais apropriados para análise, que sejam muito diferentes das paredes da máquina, e que permitam o uso de muitas frequências de luz incidente.
Providências de Millikan
MILLIKAN, Physical Review, v.7, n.3, p.355-390, 1916
HUGHES, A.P.; DuBRIDGE, L.A. Photoelectric phenomena, 1932, p.20.
Lâmina giratória para desbaste superficial das amostras
Eletrodo para medir potencial de contato. Mesmo material do copo de Faraday
Copo de Faraday
Amostras
Espaço para material desbastado
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Procedimentos experimentais de Millikan
Para evitar elétrons secundários: copo de
Faraday de cobre oxidado, l0=2688 Usou radiações com l>2688 Catodos de materiais com l0>2688
A questão do potencial de contato
HUGHES, A.P.; DuBRIDGE, L.A. Photoelectric phenomena, 1932, p.11.
Efeito do potencial de contato. Parece que corrente ab refere-se a elétrons que precisam de um “empurrão” para sair da superfície
Origem correta do potencial retardador
A primeira vez que o potencial de contato foi considerado
RICHARDSON & COMPTON, Phil. Mag., v.24, p.575, 1912
A primeira vez que o potencial de contato foi considerado
RICHARDSON & COMPTON, Phil. Mag., v.24, p.575, 1912
V 0+V co
ntat
o
F0=4.39x1014
MILLIKAN, Physical Review, v.7, n.3, p.355-390, 1916
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http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1923/millikan-lecture.pdf
In view of all these methods and experiments the general validity of Einstein’s equation is, I think, now universally conceded, and to that extent the reality of Einstein’s light-quanta may be considered as experimentally established. But the conception of localized light-quanta out of which Einstein got his equation must still be regarded as far from being established.
cas.ufrgs@gmail.com
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Por que a comunidade científica rejeita a hipótese do quantum de
luz
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A hipótese do quantum de luz não era consistente com os fenômenos de interferência e difração, os fenômenos sagrados da teoria ondulatória. Foram estes fenômenos que fizeram a teoria ondulatória de Huygens vencer a teoria corpuscular de Newton, na virada do século 18 para o 19.
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A partícula tinha que apresentar difração. Além disso . . .
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O quantum de luz proposto por Einstein tem energia, mas “não
tem momentum”.
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Philosophical Magazine, t. XLVII, p.446-457, 1924
DE BROGLIE, Philosophical Magazine, t. XLVII, p.446-457, 1924
Onda tem comprimento de onda e frequência
Partícula, ou corpúsculo tem massa e velocidade, ou momento e energia
Então, de Broglie postula:
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A acomodação ao novo paradigma
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Holton, 1999
Two final ironies: In 1950, at age 82, Millikan published
his Autobiography. Chapter 9 is entitled simply ‘‘The Experimental Proof of the Existence of the Photon – Einstein’s Photoelectric Equation.’’ By then, Millikan had of course come to terms with the photon. Moreover, he had evidently changed his mind about what he had done around 1916. For now he wrote (pp. 101–102) that as the experimental data became clear in his lab, they . . .
Holton, 1999
‘‘proved simply and irrefutably, I thought, that the emitted electron that escapes with the energy hn gets that energy by the direct transfer of hn units of energy from the light to the electron and hence scarcely permits of any other interpretation than that which Einstein had originally suggested, namely that of the semicorpuscular or photon theory of light itself.’’ In the end, Millikan re-imagined the complex personal history of his splendid experiment to fit the simple story told in so many of our physics textbooks.
Becquerel
Mme. Curie Rutherford
Lembrar
Cadê a partícula que estava aqui?Virou onda?
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