EFEITO FOTOELÉTRICO e e. Capacidade da luz em ejetar elétrons de diversas superfícies metálicas. Capacidade da luz em ejetar elétrons de diversas superfícies.

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1 EFEITO FOTOELÉTRICO e e

2 Capacidade da luz em ejetar elétrons de diversas superfícies metálicas. Capacidade da luz em ejetar elétrons de diversas superfícies metálicas. Hertz e a ironia da ciência Hertz e a ironia da ciência

3 amperímetro Quartzo Placa emissora Placa coletora BATERIA + + + + + + + +

4 O efeito fotoelétrico não foi particularmente surpreendente para os primeiros que o investigaram – analogia com a água fervendo. O efeito fotoelétrico não foi particularmente surpreendente para os primeiros que o investigaram – analogia com a água fervendo. Para uma fonte de luz fraca, deveria levar um tempo considerável para ela ceder energia suficiente aos elétrons para que eles “evaporem” da superfície metálica – 56 min Para uma fonte de luz fraca, deveria levar um tempo considerável para ela ceder energia suficiente aos elétrons para que eles “evaporem” da superfície metálica – 56 min Durante esse intervalo, o elétron deveria estar absorvendo energia do feixe, até que tivesse acumulado o bastante para escapar. Durante esse intervalo, o elétron deveria estar absorvendo energia do feixe, até que tivesse acumulado o bastante para escapar.

5 Ao invés disso, descobriu-se que os elétrons eram ejetados imediatamente após a luz ser ligada. Ao invés disso, descobriu-se que os elétrons eram ejetados imediatamente após a luz ser ligada. A única diferença era que com uma luz mais intensa um número maior de elétrons era ejetado. A única diferença era que com uma luz mais intensa um número maior de elétrons era ejetado.

6 Um exame cuidadoso do efeito fotoelétrico levou a várias observações completamente contrárias à visão ondulatória clássica: Um exame cuidadoso do efeito fotoelétrico levou a várias observações completamente contrárias à visão ondulatória clássica: 1.O tempo de atraso entre o momento em que a luz é ligada e a ejeção dos primeiros elétrons não era afetado pela intensidade ou pela freqüência da luz.

7 2.Para a física Clássica, o efeito fotoelétrico deveria ocorrer para qualquer freqüência da luz, desde que esta fosse intensa o bastante para dar a energia necessária à ejeção dos elétrons. Entretanto, o efeito era facilmente observado usando-se luz violeta ou ultravioleta, mas não quando se usava luz vermelha.

8 3.A taxa com a qual os elétrons eram ejetados era proporcional à intensidade da luz. 4.De acordo com a física Clássica a energia cinética dos elétrons deveria crescer ao se aumentar a intensidade do feixe luminoso. Porém, a energia máxima dos elétrons ejetados não era afetada pela intensidade da luz. Entretanto, havia indicações de que a energia dos elétrons realmente dependia da freqüência da luz.

9 Einstein, em 1905, utiliza as idéias de Planck e fornece a resposta para o problema Planck quantizou a energia na matéria. A energia radiante era contínua para ele. Einstein, quantiza a energia da luz! Efeito fotoelétrico é secundário em seu trabalho. Trabalho muito rejeitado pelos cientistas. Somente 11 anos depois Robert Millikan comprovou experimentalmente as hipóteses de Einstein... gastou 10 anos para mostrar que ele estava errado e ganhou o Nobel por que o velhinho estava certo!

10 “podemos dizer que dificilmente haverá um grande problema, dos quais a física moderna é tão rica, ao qual Einstein não tenha dado uma importante contribuição. Que ele tenha algumas vezes errado o alvo em suas especulações, como por exemplo em sua hipótese dos quanta de luz (fótons), não pode realmente ser colocado contra ele, pois é impossível introduzir idéias fundamentalmente novas, mesmo nas ciências mais exatas, sem ocasionalmente correr um risco” 1913... Planck indicando Einstein para academia prussiana de ciências!!

11 Problema da intensidade: EINSTEIN Se aumentarmos a intensidade da luz simplesmente aumenta-se o número de fótons, mas sem aumentar a energia de cada fóton individual. Assim, a energia cinética máxima que cada elétron pode receber de um fóton na “colisão” é a mesma. FÍSICA CLÁSSICA Maior a intensidade da luz maior o módulo do vetor campo elétrico maior a força sobre o elétron( F=qE) Logo, os elétrons ejetados deveriam ter mais KE

12 Problema da freqüência: FÍSICA CLÁSSICA O efeito deveria ocorrer para qualquer freqüência, bastando que a luz fosse intensa o suficiente. Porém, há a freqüência de corte, abaixo da qual não há efeito EINSTEIN Os elétrons de condução se mantêm no metal por causa do campo elétrico. Então, para ser ejetado o elétron tem que receber uma energia mínima  chamada de função trabalho do material.

13 Se hf >  temos o efeito fotoelétrico Se hf<  Não há efeito

14 Problema do retardo no tempo FÍSICA CLÁSSICA A energia de um elétron ejetado deve ser absorvida da onda incidente. Se a luz for pouco intensa, haverá um retardo de tempo mensurável entre o instante em que a onda atinge a superfície da luz e o instante em que o elétron já absorveu energia suficiente para emergir da superfície. EINSTEIN Este problema não existe para os fótons. A transferência se dá como em uma colisão, toda de uma vez

15 EQUAÇÃO DO EFEITO FOTOELÉTRICO Energia do fóton incidente: hf Energia do fóton incidente: hf Função Trabalho:  Função Trabalho:  Energia cinética do elétron livre: KE Energia cinética do elétron livre: KE

16 Energia cinética do elétron livre pode ser escrita como a carga vezes a diferença de potencial Energia cinética do elétron livre pode ser escrita como a carga vezes a diferença de potencial

17 Einstein ganhou o Nobel em 1921 por este trabalho. Na apresentação falou sobre a Relatividade!

18 O efeito fotoelétrico provou conclusivamente que a luz possui propriedades corpusculares. Não podemos conceber o efeito fotoelétrico em termos de ondas. Por outro lado, já vimos que o fenômeno da interferência demonstra convincentemente que a luz possui propriedades ondulatórias. Não podemos conceber a interferência em termos de partículas. Na física Clássica isso é contraditório.

19 E AGORA??!!

20 DUALIDADE NAS EQUAÇÕES

21 1 – Uma luz mais intensa, mais brilhante, arrancará mais elétrons de uma superfície metálica que uma luz mais fraca de mesma freqüência? 2 – Uma luz de alta freqüência ejetará um maior número de elétrons do que uma luz de baixa freqüência? 3 – Por que uma luz vermelha muito intensa não transfere mais energia a um elétron ejetado do que um fraco feixe de luz ultravioleta?

22 4 – A intensidade de um feixe de luz depende fundamentalmente da freqüência dos fótons ou do número deles? 5 – Queimaduras solares produzem danos às células da pele. Por que a radiação ultravioleta é capaz de produzir tais danos, enquanto a radiação visível, ainda que muito intensa não é capaz?

23 1 – Falamos sempre em fótons de luz vermelha, fótons de luz verde, de luz ultravioleta... Podemos falar em fótons de luz branca?? Por quê? 1 – Falamos sempre em fótons de luz vermelha, fótons de luz verde, de luz ultravioleta... Podemos falar em fótons de luz branca?? Por quê? Para casa! 3 – A intensidade da luz depende da freqüência dos fótons ou do número deles? Por quê? 3 – A intensidade da luz depende da freqüência dos fótons ou do número deles? Por quê? 2 – Se um feixe de luz verde e outro de luz azul têm exatamente a mesma energia, qual deles contém um maior número de fótons? Por quê? 2 – Se um feixe de luz verde e outro de luz azul têm exatamente a mesma energia, qual deles contém um maior número de fótons? Por quê?