Relatório Efeito Fotoelétrico

5/13/2018 Relat rio Efeito Fotoel trico - slidepdf.com

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O que é, afinal, o Efeito Fotoelétrico?

No final do século XIX o estudo sobre a natureza da luz deu um passo muito importanteno seu desenvolvimento quando H. Hertz descobriu um fenômeno, conhecido atualmente

como “Efeito Fotoelétrico” ou “Efeito Fotoemissivo”.

O “Efeito Fotoelétrico” é a emissão de elétrons de um material com a incidência da

luz. Geralmente o material é metálico, pois neles, os elétrons são fracamente ligados, ou seja,

se movem facilmente na rede cristalina.

Montagem Experimental:

Para observar esse experimento usa-se um “fototubo”. Quando a luz incide em uma

placa metálica (direita), localizada dentro um sistema evacuado, faz com que os elétrons dessa

placa sejam ejetados. Do lado esquerdo existe outra placa com maior energia potencial

elétrica, que absorve os elétrons da primeira placa para que se possa medir a corrente

fotoelétrica.

Após a realização desse experimento, os estudiosos perceberam que o efeito possuiuma discordância com a teoria clássica.

a) O efeito deveria ocorrer para qualquer freqüência de luz. Porém, o experimento mostra

que dependendo da placa metálica que esteja sendo usada, o efeito só será obtido

quando a freqüência é maior ou igual a um valor mínimo, denominado freqüência de

corte (f c). Por exemplo, sódio ou potássio o valor de f c está na luz visível. Entretanto,

existem outros metais em que o valor de f c está na região do ultravioleta (vide espectro

de luz)

b) A energia dos elétrons arrancados deveria aumentar com a intensidade da radiação

utilizada.

c) Segundo a Teoria Clássica, os elétrons seriam liberados quando tivessem acumulado

energia suficiente para vencer as suas ligações, isso poderia levar horas, dias ou

mesmo meses, porém assim que a luz incide os elétrons são arrancados

imediatamente.



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Cálculos matemáticos:

Albert Einstein, motivado pelo trabalho de Planck, introduziu a idéia da quantização

da radiação. Para ele a luz não tinha comportamento ondulatório, mas como pacotes de

energia, que ele chamou de quantum (ou fótons). Cada elétron absorve somente um

fóton. Se a energia desse fóton for menor do que a necessária para extrair o elétron, este

não será ejetado, ainda que a radiação fique incidindo sobre a placa por mais tempo.

Sendo E a energia do fóton, Ec a energia cinética adquirida pelo elétron e W o trabalho

realizado para ejetar o elétron, temos:

E = Ec + W (I)

Cada fóton possui uma energia relacionada com a freqüência da radiação dado por:

E =

A velocidade do elétron ejetado é muito menor que a da luz, portanto a sua energia

cinética pode ser calculada pela fórmula clássica:

Ec =

Substituindo a energia do fóton e a energia cinética na equação (I) temos:

O trabalho W realizado para ejetar o elétron vai depender da camada em que ele se

encontra. Os que estão nas camadas mais próximas são ejetados mais facilmente do que

aqueles que estão nas camadas mais distantes. O trabalho é inversamente proporcional à

energia cinética, portanto quanto maior for o trabalho necessário para ejetar o elétron,

menor será a sua energia cinética.

O trabalho mínimo necessário para ejetar um elétron é denominado de “função

trabalho” e será representado por W0. Portanto, a energia adquire seu valor máximo(Ecmax.):

Ecmax + W0 (II)

Caso a frequência for a de corte, teremos a energia cinética nula, e da equação (II)

tiramos:

Hf c = W0 (III)

Para que a energia cinética atinja seu ponto máximo é simples, aumentamos o

potencial da placa metálica do lado esquerdo até que a corrente se anule. Nesse momento,



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os elétrons mais energéticos não conseguem mais atingir a outra placa. Nessa situação, a

diferença de potencial é chamada de potencial de corte, e é representada por V0. Sendo e a

carga elementar, devemos ter:

Ecmax = e V0 (IV)

Da equação (II), tiramos:

Ecmax = hf – W0 (V)

A partir dessa equação Einstein fez a seguinte previsão: se fizermos um gráfico da

energia cinética máxima em função da frequência, devemos obter uma semi-reta de

coeficiente angular h. Como h é uma constante universal (constante de Planck), para todos

os metais as semi-retas devem ter a mesma inclinação.

Simulação experimental:

O experimento consiste, em uma simulação do efeito fotoelétrico, onde será

representada a incidência da luz sobre uma placa revestida como o metal cálcio, com o

intuito de que o elétron liberado chegue bem próximo a outra placa, localizada no outro

extremo do sistema evacuado.

Com a prática simulada, pretende-se determinar a energia de arranque dos elétrons dometal escolhido, assim como, o valor da constante de Planck. Podendo assim, montar

uma tabela contendo os comprimentos de onda e os potenciais iniciais de cada onda (V0),

posteriormente, possibilitando a realização de um gráfico gerará uma semirreta. Logo

abaixo será apresentada a tabela que foi preenchida de acordo com os dados colhidos na

simulação.

METAL: Cálcio

Comprimento de onda: Potencial V0: 3126 0,79

3131 0,78

3650 0,21

Energia de arranque : -3,24

Constante de Planck h:Tabela 1: Dados recolhidos



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Gráfico 1: Comprimento de Ondas X Potencial V0

Para encontrarmos as variáveis necessárias, sendo estas a energia de arranque e a

constante de Planck, utilizamos das informações disponibilizas pelo próprio gráfico abaixo, a

energia de arranque é representada pela variável b que é calculada automaticamente pelo

gráfico ao ser feita o segmento de reta. Já a constante de Planck, como o próprio nome já

indica, possui um valor invariável, não dependendo do metal usado ou dos valores registrado.

A primeira descrição feita sobre a constante de Planck, o descrevia como uma constante de

proporcionalidade entre a Energia do fóton e a frequência da onda eletromagnética, essa

relação estabelecida, ainda hoje se mantém, mas sendo mais conhecida com equação ourelação de Planck, que é representada por :

Onde, E= energia quantum, h= constante de Planck, v= frequência da onda.

Mas, matematicamente falando, a constante de Planck é encontrada no valor de:

h=6.63 10-34

Js.



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Valor esse, obtido através da medição do ângulo da inclinação do segmento de retas que

encontramos, juntamente com o valor da carga do elétron.



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Referencias Bibliográficas

<http://www.fisica.ufs.br/egsantana/cuantica/fotoelectrico/fotoelectrico.htm> Acessado em 26

de fevereiro de 2012.

<http://www.fisica.net/quantica/o_efeito_fotoeletrico_720x540.swf> Acessado em 26 de

fevereiro de 2012.

< http://www.fisica.ufs.br/egsantana/cuantica/fotoelectrico/fotoelectrico.htm> Acessado em

26 de fevereiro de 2012.

< http://www.if.ufrgs.br/~betz/iq_XX_A/fotoElec/aFotoElecFrame.htm > Acessado em 26 de

fevereiro de 2012.

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