Laboratório de Estrutura da Matéria I

O Efeito Fotoelétrico

Ondas eletromagnéticas Em 1887, Heinrich Rudolf Hertz mostrou experimentalmente a

existência das ondas eletromagnéticas conforme a teoria matemática proposta por James Clerk Maxwell.

Hertz descobriu que uma descarga elétrica entre dois eletrodos ocorre mais facilmente quando se faz incidir sobre um deles luz

ultravioleta.

Ondas e elétrons Hipótese plausível:

Os átomos no cátodo eram constituídos de elétrons que eram agitados pelo campo elétrico oscilante da radiação incidente. Alguns deles eram agitados o suficiente para se desprenderem do átomo e seriam então ejetados do cátodo.

Para uma intensidade mais alta da radiação, os elétrons seriam agitados mais violentamente e mais elétrons seriam ejetados e a uma velocidade média maior.

Para uma intensidade fraca, seria então necessário um tempo maior para um elétron ganhasse uma amplitude suficiente para ser ejetado.

Para frequências altas, os elétrons seriam agitados mais rapidamente o que os ajudaria a sair mais rapidamente.

Lenard, em 1902, mostrou discordâncias entre este modelo e os resultados experimentais:

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eletrodo emissor

eletrodo coletor

+ -

luz incidente no emissor

!  Lenard verificou que existia uma tensão V=V0 mínima para parar o fluxo de elétrons. Porém esta tensão não dependia da intensidade da luz, como o modelo previa.

!  Ele também testou o valor de V0 para diferentes cores e encontrou uma dependência com o comprimento de onda, também em contradição com o modelo.

V

I amperímetro

Solução de Einstein !  Einsten, em 1905, assumiu que a radiação era constituída de pacotes de energia

(fótons) de valor hν. No processo de emissão de elétrons o quantum de energia seria absorvido por um único elétron.

!  Visto que o elétron está em algum lugar dentro do material, parte desta energia é perdida à medida que ele se move em direção da superfície. Esta energia perdida é a “função trabalho” Φ.

!  Os elétrons que se encontram mais próximos da superfície perdem menos energia e emergem com energia igual a:

“A emissão de elétrons de uma superfície, devida a incidência de luz sobre essa

superfície, é chamado EFEITO FOTOELÉTRICO.”

!  Aumentando a o potencial negativo no eletrodo coletor até cessar a corrente, condição V=V0, significa que a energia dos elétrons mais rápidos foram anuladas. A energia deles é então:

!  Fica claro a possibilidade de se obter a constante de Planck através do coeficiente h/e, a partir da relação linear entre V e ν. Esta era uma forma completamente diferente de obter a constante de Planck.

Robert Millikan não aceitava a teoria de Einstein, pois a considerava um ataque à teoria ondulatória da luz. Por dez anos ele trabalhou em medidas do efeito elétrico, até 1916. Seus trabalhos apenas confirmaram a teoria de Einstein.

Simulação do Experimento de Lenard

Experimento PASCO AP-9368

fonte de luz

rede de difração

módulo eletrônico c/ fotossensor

Experimento PASCO AP-9368

Particularidades do Experimento

!  A fonte de tensão é gerada pela própria corrente fotoelétrica, carregando o capacitor de pequena capacitância ligada ao fotossensor.

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eletrodo emissor

eletrodo coletor

luz incidente no emissor

V

voltímetro

C

t

V

V0

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eletrodo emissor

eletrodo coletor

luz incidente no emissor

V voltímetro

C

A tensão de equilíbrio somente será V0 se a resistência elétrica entre os terminais do fotossensor for infinita. No circuito prático, embora ela seja grande, não é nula.

A única medida possível com este experimento é a tensão de estabilização para os vários comprimentos de onda. Além disto, é possível verificar o tempo necessário para que ela seja atingida.

pressionar para descarregar o capacitor

Tarefas

!  Verificar a teoria de Einstein através da verificação do potencial anulador em função do comprimento de onda.

!  Obter a constante de Planck (em eV.s).

!  Verificar o tempo para a obtenção do potencial anulador em função da intensidade luminosa.

!  Discutir os resultados com base nos princípios ondulatórios e na teoria de Einstein da luz.