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OEfeitofotoelétrico
LaboratóriodeEstruturaIProf.HelenaMalbouisson
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2Efeitofotoelétrico
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OFóton,oQuantumdeluz• PropostadeEinsteinde1905:aradiaçãoeletromagnéJcaéquanJzadaeaquanJdadeelementardeluzéofóton.
• Fóton:mediadordasinteraçõeseletromagnéJcas(teoriaquânJcadecampos).
• Umfótontemumaenergiadadapor:E=hf
ondehéconhecidacomoconstantedePlanck:h=6,63x10-34J.s=4,14x10-15eV.s
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• Amenorenergiaqueumaondaluminosadefrequênciafpodepossuiréhf(energiadeumúnicofóton);– Seaondapossuiumaenergiamaior,essadeveserummúlJplodehf.
• Einsteinpropôsaindaquealuzemi&daouabsorvidaporumcorpoocorreanívelatômico;
– Quandoumfótondeenergiahféaborvidoporumátomo,aenergiahfdofótonétransferidaparaoátomo.
– Quandoumfótondefrequênciaféemi,doporumátomo,umaenergiahfétransferidaparaofóton.
• Emtodoeventodeabsorçãoouemissão,avariaçãodeenergiaésempreigualàenergiadofóton.
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OEfeitoFotoelétrico• Noefeitofotoelétrico,elétronssãoemi,dospelamatéria(metal,
sólidosnãometálicos,gasesoulíquidos),comoconsequênciadaabsorçãodeenergiadaradiaçãoeletromagné,ca(fótons);– Esseselétronssãochamadosdefotoelétrons.
• DescobertoporHeinrichHertz1887;• Vamosanalisardoisexperimentosqueenvolvemoefeito
fotoelétrico,ambosusandoamontagemabaixo:
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• LuzdefrequênciafincidenoalvoT,ejetandoelétrons(fotoelétrons);
• ElétronsejetadossãorecolhidospelocoletorC,devido`adiferençadepotencialmanJdaentreoalvoTeocoletor;
• Oselétronssemovemnocircuitoformandoumacorrenteelétricai(correntefotoelétrica,indicadanafigura);
• Bateriaseresistorvariávelsãousadosparaproduzireajustaradiferençadepotencial.
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Primeiroexperimentodoefeitofotoelétrico• AoatravessarumadiferençadepotencialVnegaJva,oselétronsejetados
perdemenergia;Experimento:1. AumentarVnegaJvoatéqueacorrentefotoelétricasejanulaè
potencialdecorte,Vcorte;2. QuandoV=Vcorte,osfotoelétronsmaisenergéJcossãodeJdoslogo
antesdechegarnocoletorèsuaenergiacinéJcamáximaédadapor:Kmáx=eVcorte,
Ondeeéacargaelementar.
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• Experimentosmostramqueparaumaluzdemesmafrequênciaf,ovalordeKmáxnãodependedaintensidadedaluzincidentenoalvo;
• IssonãopodeserexplicadopelaFísicaClássica;• NaFísicaClássica,aluzéumaondaeletromagnéJcaèquantomaioraamplitudedaonda
(intensidadedaluz),maioraenergiadestaèmaioraenergiadoselétronsejetados.Masnãoéissoqueacontece!
• Paraumadadafrequênciaf,aenergiamáximadoselétronsemiJdospeloalvoésempreamesma;
• Sepensarmosemtermosdefótons:aenergiamáximaqueumelétronejetadopodeobteréaenergiadeumúnicofóton.Aoaumentarmosaintensidadedaluz,aumentamosonúmerodefótons,masaenergiadecadafóton(E=hf)conJnuaamesma.èdualidadeonda-parGcula!
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Segundoexperimentodoefeitofotoelétrico
• ConsisteemmediropotencialVcorteparaváriasfrequênciasfdaluzincidente;• OresultadoobJdoestámostradoabaixo:
• OefeitofotoelétriconãoéobservadoseafrequênciadaluzformenorqueumcertovalorcríJco,umacertafrequênciadecortef0,ouequivalentemente,comprimentodeondadecorte,λ0=c/f0;
• Oresultadonãodependedaluzincidente.
• OresultadoacimanãopodeserexplicadopelaFísicaClássica:sealuzsecomportasseapenascomoondateriaenergiasuficienteparaejetarelétrons,independentedasuafrequência,contantoqueJvesseumaintensidadesuficientementegrande.Masissonãoacontece!
• Sepensarmosemtermosdefóton:• Oselétronssemantêmfixosaoalvoporumaforçaelétricaexercidasobreeles;• Paraselivraremdessaforça(seremejetados),necessitamdeumacertaenergia
mínimaΦ,quedependedomaterialdoalvo;• Essaenergiamínimarecebeonomedefunçãotrabalho;• Quandohf>Φèoelétronescapadoalvo.Quandohf<Φèoelétronnãopode
escapar.
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AEquaçãodoEfeitoFotoelétrico
Einsteinresumiuosresultadosdosexperimentosdoefeitofotoelétriconaseguinteequação:
hf=Kmáx+Φ(equaçãodoefeitofotoelétrico)
• AequaçãoacimaéaaplicaçãodaleideconservaçãodeenergiaàemissãofotoelétricaporumalvocomumafunçãotrabalhoΦ;
• Aenergiadoelétronejetadodeveserigualàdofótonincidente;• Oelétronnecessitadeumacertaenergia(Φ)paraescapardoalvo.Adiferençadeenergia(hf
-Φ)seráadquiridaemenergiacinéJca.
• SubsJtuindoKmaxemfunçãodeVcorte,temos:
hf=eVcorte+ΦèeVcorte=hf–Φè Vcorte=(h/e)f–(Φ/e)
Como(h/e)e(Φ/e)sãoconstantes,Vcortetemumadependêncialinearcomafrequênciaf,comovimosnográficoanterior.
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Tarefas• VerificarateoriadeEinsteinatravésdaverificaçãodo
potencialdecorteemfunçãodocomprimentodeonda:– ObteraconstantedePlanck;
– Verificarotempoparaobtençãodopotencialdecorteemfunçãodaintensidadedaluzincidente;
– DiscuJrosresultadoscombasenosprincípiosondulatóriosenateoriadeEinsteindaluz. 14
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