Carlos Alberto dos SantosProfessor Visitante
Departamento de Ciências Exatas e NaturaisUniv. Federal Rural do Semi-Árido
Mestrado Nacional Profissional de Ensino de Fí[email protected]
O efeito fotoelétrico na perspectiva da teoria de Kuhn
Parte 2/3
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
https://ia802707.us.archive.org/13/items/PhotoelectricPhenomena/HughesDubridge-PhotoelectricPhenomena.pdf
Anomalia da intensidade da luz
A intensidade da luz variava em função da posição da fonte L
Anomalia da intensidade da luz
[email protected]. Wheaton, Hist. Studies Phys. Sciences, v.9, pp. 299-322, 1978.
Por menor que fosse a intensidade da luz, ainda havia fotocorrente. E a energia dos fotoelétrons não dependia da intensidade da luz.
Conclusão paradigmática
Se a intensidade da luz não altera a energia do fotoelétron, é porque este já tem esta energia antes da interação com a luz. Ou seja, a luz não transfere energia no processo de liberação do fotoelétron.
Então . . .
O que faz o elétron sair do
material?
Teoria do gatilho
Efeito fotoelétrico é um fenômeno de ressonância.
A luz não transfere energia para os elétrons, apenas seleciona os elétrons aptos para liberação.
A velocidade com a qual um elétron é expelido só depende da estrutura do átomo.
Teoria do gatilho
V0 determina a velocidade máxima dos elétrons, ou a energia cinética máxima
Lenard deveria ter investigado a relação entre frequência e V0
Pela teoria clássica, quanto maior a frequência, maior a velocidade do fotoelétron.Questão óbvia: como seria a relação?1. Velocidade proporcional à frequência?2. Velocidade proporcional à raiz quadrada da
frequência?3. Ou que outra relação?
Se Lenard tivesse investigado isso . . .
A comunidade científica aceita a teoria do gatilho porque ela corresponde às expectativas do paradigma vigente.
Acreditam que a teoria será confirmada experimentalmente.
Mas isso não acontece.
Na virada do século . . .
Nesse ínterim
http://einsteinpapers.press.princeton.edu/
http://einsteinpapers.press.princeton.edu/
A superfície metálica é penetrada pelos quanta de luz, cuja energia é convertida, pelo menos parcialmente, em energia cinética dos elétrons. A concepção mais simples é de que o quantum de luz transfere toda sua energia para o elétron.
http://einsteinpapers.press.princeton.edu/
http://einsteinpapers.press.princeton.edu/
Einsteinpremonitório
http://www.fisica.ufpb.br/~romero/objetosaprendizagem/Rived/20EfeitoFotoeletrico/Site/Animacao.htm
Grande parte da comunidade científica continua buscando a validação da teoria do gatilho, sem dar muita importância à
proposta de Einstein.
Mas . . .
1902 - 1912
A teoria do gatilho enfrenta dificuldades experimentais. Por
exemplo, o efeito da temperatura.
Se a energia do elétron vem do interior do átomo, ela deveria aumentar com a temperatura.
1906: Lienhop, aluno de Lenard, observou que o efeito não depende da temperatura. Considerou isso uma confirmação de teoria, pois para ele a oscilação
dos elétrons no interior do átomo não depende
da temperatura.
1907-1909: Muitos pesquisadores investigaram diferentes materiais e todos chegaram à mesma conclusão: o efeito fotoelétrico não depende da temperatura à qual o catodo está submetido.
1907: Ladenburg mostrou que: a velocidade do fotoelétron é proporcional à
frequência da luz, como previsto pela teoria de Lenard.
luz de qualquer frequência libera elétrons. Resultado contrário aos anteriores. Implica na necessidade de uma grande quantidade de diferentes frequências. Portanto, de muitos elétrons no átomo.
1907: Abraham Joffé mostra que os dados de Ladenburg não definem uma relação linear entre v e f. Os dados são mais consistentes com a raiz quadrada de f, como previsto pela equação de Einstein. A confusão resulta da pouca quantidade e da grande dispersão dos dados experimentais e da medida do potencial retardador. Podiam ser ajustados a praticamente qualquer tipo de curva.
HUGHES, A.P.; DuBRIDGE, L.A. Photoelectric phenomena, 1932, p.17.
1912
1910: Experimentos mostraram que o átomo tinha poucos elétrons, como supunha Thomson. Portanto, era inconsistente o resultado de Ladenburg, ocorrência do fenômeno para todos os tipos de luz.
Observação: nessa época ainda não existia o conceito de número atômico, que foi introduzido 3 anos depois, por Moseley.
1911: Lenard e Ramsauer investigaram a ionização de gases por ultravioleta e mostraram forte correlação entre a emissão de elétrons e a absorção da radiação. Foram obrigados a concluir:
A energia do elétron ejetado não vem do átomo, como originalmente assumido por Lenard, mas da absorção da luz.
Lenard trabalha na ciência normal, embora tivesse a intenção de fugir da ciência normal. Mas, não conseguiu promover a mudança paradigmática
[The photoelectric effect is a] comforting sign that a physicist need not restrict himself to subjects which by contemporary standards are already known and explained.
B.R. Wheaton, Hist. Studies Phys. Sciences, v.9, pp. 299-322, 1978.
A hipótese do quantum de luz de Einstein.
A equação do efeito fotoelétrico. O ceticismo de Millikan. A resistência da comunidade científica. O trabalho de Louis de Broglie. O efeito Compton.
Como Einstein apresentou sua equação
Para chegar à superfície e dali sair para o exterior, o elétron perde parte da sua energia sob a forma de trabalho, P, característico do material. Aplicando-se um potencial retardador, P, ao catodo, exatamente suficiente para impedir a liberação da carga elétrica, tem-se
A equação de Einstein em notação moderna
Einstein sugere
http://einsteinpapers.press.princeton.edu/vol2-trans/115
“Erro”
Na página 195:As far as I can tell, this conception of the photoelectric effect DOES contradict its properties as observed by Mr. Lenard.
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