O efeito fotoelétrico no segundo grau via microcomputador .A esta diferença de potencial corresponde

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  • Cad. Cat. Ens. Fis., Florianpolis, 4(2): 114-116, ago. 1987.

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    O EFEITO FOTOELTRICO NO SEGUNDO GRAU VIA MICROCOMPUTADOR1

    Eliane ngela Veit Gilberto Thomas Suzana Gomes Fries Rolando Axt Lige Fonseca Instituto de Fsica UFGRS Porto Alegre RS

    Introduo

    Com a finalidade de adquirir experincia no uso de micro-computadores no ensino mdio, para posteriormente transferi-la aos alunos do curso de Licenciatura em Fsica e de, ao mesmo tempo, poder orientar atuais professores daquele nvel de ensino para o uso do computador como recurso em suas aulas, um grupo de professores do Departamento de Fsica da UFRGS est desenvolvendo um projeto para construo de software educacional na rea de Fsica Moderna.

    Essa rea foi escolhida porque, de um modo geral, omiti-da da programao curricular, prejudicando assim os estudantes; tambm por no possuir uma tradio de ensino e no ser suprida com equipamento e outros materiais instrucionais como, por exemplo, textos adequados. Jus-tifica-se, pois, melhor, a utilizao de um recurso no convencional como o microcomputador para veicular textos e simular experimentos, do que se justificaria nas reas costumeiramente ensinadas nas escolas, muitas vezes num nvel satisfatrio, inclusive com reais experimentos de laboratrio e nas quais o uso do micro para simulao talvez deva ser encarado com par-cimnia. O programa

    1 Trabalho parcialmente financiado pelo FINEP e CNPq.

  • Cad. Cat. Ens. Fis., Florianpolis, 4(2): 114-116, ago. 1987.

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    Este programa-aula sobre efeito fotoeltrico o primeiro construdo no referido projeto e destina-se tanto a alunos interessados em adquirir ou aprofundar conhecimento sobre o assunto quanto a professores do ensino mdio que queiram atualizar-se ou aperfeioar-se.

    Apresentamos, a seguir, uma seleo dos principais textos, grficos, algumas tabelas e concluses, com o intuito de divulgar o conte-do desse programa, para que possa vir a ser aproveitado por alunos e pro-fessores, j que escassa a bibliografia sobre Fsica Moderna para o ensino mdio disponvel em lngua portuguesa. No pretendemos, com isso, dar ao leitor uma viso completa do que seja o programa, sua dinmica e sua especial caracterstica de propiciar uma interao individualizada com o aluno, com erros e acertos prprios dessa interao. Pretendemos, sim, divulgar um aspecto particular da Fsica Moderna e possibilitar de algum modo, queles que no tm contato direto com o programa, o acesso s informaes que ele contm.

    As anotaes margem da seqncia de textos referem-se a particularidades omitidas do resumo apresentado neste trabalho ou a deta-lhes que eventualmente possam interessar aos professores.

    Apresentao e definio da populao alvo.

    Na primeira utilizao do programa recomenda-se

    Este programa destina-se a alunos de segundo grau interessados em aprofundar seus conhecimentos em Fsica Moderna. Estuda-se o efeito fotoeltrico e confrontam-se os modelos ondulatrio e corpuscular da luz.

    A metodologia envolve o controle de variveis e a identificao de variveis relevantes e irrelevantes.

    O programa tambm pretende ser til aos professo-res como elemento motivador para reviso do tema.

    Se voc nunca utilizou este programa faa as 'expe-rincias' na seqncia apresentada.

    Quando lhe for solicitada alguma resposta, digite-a e depois aperte a tecla .

    EFEITO FOTOELTRICO - OPES

    0 Introduo 1 Corrente e diferena de potencial 2 Corrente e intensidade luminosa 3 Energia mxima e freqncia 4 Freqncia limite e material

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    a seqncia apresenta-da. Numa segunda opor-tunidade, o aluno poder escolher outra seriao.

    5 Concluses e interpretao 6 Encerrar o programa Digite a opo escolhida: 0

    Descrio qualitativa do efeito fotoeltrico.

    A remoo de eltrons tambm acontece se a placa de zinco no est carregada. Neste caso ela adquire carga positi-va. Por isso a remoo de eltrons se estabiliza, aps um certo tempo, pois os eltrons libera-dos so atrados pela placa e muitos deles retornam a ela.

    A lmpada acende e o eletroscpio descarrega gradativamente.

    O aluno pode repetir o experimento.

    QUE O EFEITO FOTOELTRICO? A remoo de eltrons da superfcie polida de certos

    materiais, quando iluminada com radiao eletromagn-tica de determinada freqncia, denominada efeito fotoeltrico. Esse fenmeno pode ser mostrado, por exemplo, montando-se sobre um eletroscpio uma pla-ca polida de zinco.

    Quando luz com radiao ultravioleta incide sobre a placa de Zn, o eletroscpio, previamente carregado com carga negativa, se descarrega, indicando que eltrons so arrancados da superfcie metlica.

    Para acender a luz, aperte a tecla L.

    Voc quer ver esse efeito novamente? (S ou N) N COMO SE EXPLICA O EFEITO FOTOELTRICO?

    A resposta a essa pergunta um pouco mais com-plexa. Ela tem implicaes inclusive na descrio que a Fsica Clssica faz sobre a natureza da luz. Isto nos obriga a ampliar nossos conhecimentos sobre o efeito fotoeltrico. Faremos isso simulando alguns experimen-tos os quais, na verdade, seriam bastante difceis de se

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    realizar na prtica. Simulando a realidade, no preten-demos substitu-la, mas buscar informaes teis e, ao final, uma explicao plausvel para o efeito foto-eltrico.

    A figura mantida na tela enquanto os textos se sucedem. Aps um breve histrico, so descritos os compo-nentes bsicos de um circuito para estudo do efeito fotoeltrico bem como a funo de cada um. feita uma introduo ao 1 experimento.

    HISTRICO Em 1887, enquanto trabalhava em seus aparelhos

    de radiotransmisso de descarga eltrica, Hertz desco-briu que a incidncia de radiao ultravioleta sobre os elementos de descarga facilitava a produo da fasca.

    Estudos mostraram que tal comportamento era de-vido aos eltrons liberados pelas superfcies dos eletro-dos ao absorverem a radiao.

    Uma vez liberados esses eltrons podiam iniciar a descarga eltrica responsvel pela fasca.

    Eltrons emitidos por materiais iluminados so chamados de fotoeltrons, e o fenmeno que voc es-tudar agora e conhecido como efeito fotoeltrico.

    Esquema do circuito utilizado numa experincia de efeito fotoeltrico.

    Na figura interessa para o nosso estudo que os dois eletrodos C e E encontram-se num recipiente evacu-ado e de quartzo. Esse material transparente radia-o ultravioleta.

    O dispositivo chamado fonte de tenso nos permite variar o mdulo e a polaridade de VC-VE.

    O dispositivo chamado ampermetro um instru-mento muito sensvel que nos permite comparar as intensidades da corrente fotoeltrica medida que vari-amos VC-VE.

    Fazendo-se incidir luz sobre o emissor 'E' so ar-rancados fotoeltrons. Para que estes sejam atrados pelo coletor 'C' e, conseqentemente, aparea corrente

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    Nas opes o aluno es-colheu a alternativa 1.

    O aluno instrudo para variar a tenso VC-VE entre as placas utilizando valores compreendidos entre 2V e +3V. Ele deve ler a corrente eltri-ca no ampermetro e anot-la na tabela. Essa operao repetida at completar a tabela.

    Embora posteriormente seja mostrado o grfico, discutem-se aqui influn-cias da tabela e do grfi-co traado pelo aluno.

    fotoeltrica no circuito, preciso que o potencial eltrico deste seja mais positivo do que o do emissor (VC-VE>0). Para voc ter uma idia, um valor tpico para VC-VE 2V. A esta diferena de potencial corresponde uma corrente eltrica i no circuito.

    Ser que a corrente eltrica gerada no circuito per-

    manece inalterada se VC-VE for mudado para 1V, para 0V ou para -1V? O experimento que segue (alternativa 1) nos responder esta pergunta e ainda nos dar v-rias informaes adicionais.

    EFEITO FOTOELTRICO

    1 RELAO ENTRE: CORRENTE FOTOELTRICA E DDP DAS PLACAS

    Voc agora ir descobrir como a corrente fotoeltri-ca varia com a diferena de potencial (DDP) aplicada entre as placas 'C' e 'E' pela fonte de tenso.

    Na tela, aparecero o mostrador do ampermetro e a tabela que voc preencher.

    Faa um grfico qualitativo de i x V em uma folha de

    papel, durante a gravao de seus 'dados'. A corrente se torna constante a partir de algum valor

    de V? (S ou N) S Dizemos que a corrente ficou saturada. Por que a-

    contece isto? Porque todos os fotoeltrons atingem o coletor

    quando este se torna suficientemente atrativo.

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    Discute-se a polaridade das placas e seu efeito sobre os fotoeltrons.

    Energia cintica mxima dos fotoeltrons e poten-cial de corte.

    Aparece o ampermetro na tela e o aluno varia o potencial at descobrir o potencial de corte.

    Quando VC>VE a funo da diferena de potencial apenas a de atrair os fotoeltrons para o coletor.

    A diferena de potencial no responsvel pela re-moo dos eltrons.

    A corrente diminui quando VC-VE se torna mais ne-gativo? (S ou N) S

    De fato, observa-se que a corrente diminui e pode at se anular.

    Como podemos entender isto? Quando VC-VE

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    1 Corrente x diferena de potencial

    No grfico voc v seus pontos experimentais.

    A curva mostra o resultado esperado.

    CONCLUSO: CORRENTE X DDP

    A corrente depende da diferena de potencial como mostra a figura. V o potencial de corte.

    Para V

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    Nas opes, o alu