Efeito Fotoelétrico Traduzido de www

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1 Efeito Fotoelétrico Traduzido de www
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2 O efeito fotoelétrico O que é efeito fotoelétrico? É o que determinamos experimentalmente quando raios de luz incindem em uma superfície metálica e essa superfície emite elétrons. Por exemplo, você pode produzir uma corrente em um circuito somente fazendo incidir luz em uma chapa metálica. Por que você acha que isso acontece?

3 Bem. a luz é uma onda eletromagnética, e as ondas carregam energia
Bem...a luz é uma onda eletromagnética, e as ondas carregam energia. Então se uma onda de luz bate em um elétron de um dos átomos do metal, ela pode transferir energia suficiente para arrancar o elétron de seu átomo. Ok. Agora, se a luz é de fato composta por ondas como vc sugere.... Como assim, "se a luz é composta"? Existe outra opção? Historicamente, a luz tem sido considerada mais como partícula do que como onda; Newton, por exemplo, pensou na luz dessa forma. A concepção da luz como partícula foi desacreditada com a experiência da fenda dupla de Young, que demonstrou a característica ondulatória da luz. double slit experiment. Mas no século 20 alguns cientistas – Einstein foi um deles – começaram a examinar novamente a idéia corpuscular da luz. Einstein percebeu que experimentos mais cuidadosos envolvendo efeito fotoelétrico puderam mostrar se a luz consistia em partículas ou em ondas.

4 Como? Me parece que o efeito fotoelétrico poderia ocorrer independente se essa visão fosse correta ou não. Mesmo assim, a luz carregaria energia, então seria capaz de arrancar os elétrons. Sim, você está certa. Mas os detalhes do efeito fotoelétrico são diferentes dependendo da natureza que você considera para a luz- corpuscular ou ondulatória. Se são ondas, a energia contida em uma das ondas dependerá somente da sua amplitude, ou seja, da intensidade da luz. Outros fatores como a freqüência não farão diferença. Então, por exemplo, luz vermelho e ultravioleta de mesma intensidade ira arrancar o mesmo número de elétrons e a energia cinética máxima de ambos os grupos de elétrons também seria a mesma. Diminuindo a intensidade, você terá menos elétrons, e corrente fluirá mais devagar se a luz for muito fraca, você não perceberá nenhum elétron fluindo, não importa qual a freqüência utilizada.

5 Isso parece bem razoável para mim
Isso parece bem razoável para mim. Como o efeito mudaria se você assumisse que a luz é feita de partículas? Para responder isso, eu tenho que lhe dar outras informações primeiro. Tudo começou com o trabalho sobre radiação de Max Planck

6 Constante e a Energia de um Fóton
Em 1900, Max Planck estava trabalhando no problema de como a emissão de radiação por um objeto estava relacionada com sua temperatura. Ele chegou a uma formula que concordava muito com os dados experimentais, mas a formula só fazia sentido se ele assumisse que a energia de vibração das moléculas fossem quantizadas- pudessem assumir somente determinados valores. A energia deveria ser proporcional à freqüência de vibração, e parecia concordar com relação de multiplicação de pequenos “pedaços” de freqüência e uma constante. Essa constante começou a ser conhecida como constante de Planck, ou h, e seu valor é É uma constante bem pequena.

7 Sim, mas é uma idéia extremamente radical sugerir que a energia pudesse existir somente em pedaços discretos, mesmo se os pedaços fossem bem pequenos. Planck realmente não percebeu como seu trabalho era revolucionário para a época; ele pensou que estava só fudging a matemática para chegar na resposta correta, e estava convencido de que alguém mais poderia encontrar uma melhor explicação para sua formula. Eu acho que Einstein deve ter levado ele a sério, apesar disso. Muito seriamente. Baseando-se no trabalho de Planck, Einstein propôs que a luz conserva sua energia em blocos; a luz consistira então em pequenas partículas, ou quanta, chamadas de fótons, cada um com uma energia proporcional à constante de Planck. Nesse caso, a freqüência da luz fará a diferença no efeito fotoelétrico.

8 Exatamente. Fótons de alta freqüência possuem mais energia, então eles fariam os elétrons serem liberados mais rapidamente; dessa foram, se mudarmos a luz para outra de mesma intensidade mas de freqüência mais alta, aumentaremos a energia cinética máxima dos elétrons emitidos. Se você deixar a mesma freqüência mas aumentar a intensidade, mais elétrons serão emitidos (por que mais fótons estarão “batendo” nesses elétrons), mas eles não sairão mais rápido, porque cada fóton tem a mesma energia. E se a freqüência é baixa o suficiente, então nenhum fóton terá energia suficiente para estimular a saída dos elétrons de nenhum átomo. Então se você usa uma freqüência muito baixa, não terão nenhum elétron emitido, não importa quão grande seja a intensidade da luz. Por outro lado, se você usar uma alta freqüência, você ainda liberará alguns elétrons, mesmo se a intensidade for muito pequena. É isso ai. Portanto, com alguns poucos experimentos simples, o efeito fotoelétrico é capaz de nos dizer se a luz é de fato feito de partículas ou ondas.

9 Alguém já realizou tais experimentos? Como foram feitos?
Em , R.A. Millikan fez uma série de experimentos extremamente cuidadosos envolvendo o efeito fotoelétrico. Ele percebeu que todos os seus resultados concordavam exatamente com as previsões de Einstein sobre fótons, não com a teoria de ondas. Na verdade, Einstein ganhou o Prêmio Nobel por seu trabalho do efeito fotoelétrico, não pela sua famosa teoria da relatividade. Então a luz é feita de partículas! Mas espere… e o experimento da dupla fenda? Eu não vejo como a luz pode ter um padrão de interferência como aquele a não ser se for feita de ondas?! Sim, mas creio que isso é um pouco mais complicado. Alguns resultados experimentais, como esse, parecem acima de qualquer dúvida que a luz consiste em partículas; outros insistem, de forma irrefutável, que é onda. Nós só podemos concluir que a luz é tanto onda como particular – ou o que algo além do que conseguimos visualizar- pois aparece para nós ora como onda, ora como partícula, dependendo de como nós a olhamos.

10 Veja na animação os fatores que influenciam no efeito fotoelétrico.
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