Carga do elétron: experimento de Millikan

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1 Carga do elétron: experimento de Millikan
Millikan-experi-descrip.html Carga do elétron: experimento de Millikan

2 Ao medir vl im pode-se determinar : a) o radio da gota e b) a massa.
Primeiro: Medida da massa usando velocidade limite vl im = 2r2ρg/9η Ao medir vl im pode-se determinar : a) o radio da gota e b) a massa. FA m = (4/3) πr3ρ vl im = cte Fg Se regula V para que vl im = 0 FE=mg=eV/d e = mgd/V FE Fg e = x C

3 Calores Específicos de gases e sólidos
O teorema de eqüipartição da energia diz que o valor meio da energia para cada grau de liberdade de um sistema mecânico é igual a kT/2, com k = constante de Boltzmann e T temperatura absoluta do sistema. Assim, um gás monoatômico (cada um dos N átomos possui 3 graus de liberdade) terá uma energia total <E> = 3 N kT/2 O calor específico atômico será d <E> = 3Nk/2 dT Porém, no caso de sólidos, cada átomo esta em um poço de potencial e adiciona-se à energia cinética, a energia potencial  cv = 3Nk (Lei de Dulong e Petit) A baixas temperaturas esta lei não se verifica experimentalmente.

4 A baixas temperaturas esta lei não se verifica experimentalmente.
Para uns poucos materiais sólidos, a temperaturas baixas próximas à temperatura ambiente o calor específico diminui (sem explicação clássica). Curva em vermelho. Nos começos do século 20 demonstrou-se que a temperaturas muito baixas o calor específico é linear com a temperatura (mais um fato sem explicação clássica). Curva em preto. cv T

5 O Efeito Fotoelétrico Os experimentos de eletrólise apresentam algumas propriedades dos elétrons como parte do átomo (por primeira vez o átomo aparece nos experimentos como tendo partes caraterizáveis: íons e elétrons) Também em 1900 Plank conseguiu explicar a radiação do “corpo negro” como resultado de uma quantificação da energia radiada, que um corpo emite: só se emite radiação em quantidades de energia múltiplos de hf onde f é a freqüência da radiação emitida e h é uma constante universal que hoje chama-se constante de Plank. Estudaremos em detalhe este fenômeno no final do curso junto a todo o tema de radiação.

6 O Efeito Fotoelétrico Os estudos que já analisamos
tem a ver com as propriedades elementares dos elétrons (carga, massa) e com sua interação com campos eletromagnéticos constantes. Qual a interação dos elétrons com as ondas eletromagnéticas Se observou que quando o cátodo de um tubo de raios catódicos é iluminado, as vezes, aparece uma corrente elétrica no circuito, mesmo sem esquentar o catodo e ainda aplicando uma diferença de potencial contraria à corrente.

7 O Efeito Fotoelétrico é um fenômeno simples:
A luz chega à superfície de um metal e a energia da luz se transforma em energia cinética dos elétrons do metal. Alguns conseguem sair do metal, no entanto outros, sua energia cinética se transforma em calor nas colisões com os íons positivos dentro do metal. A pergunta chave é: Como se intercambia essa energia entre a luz e os elétrons.

8 Como se intercambia essa energia entre a luz e os elétrons.
O eletromagnetismo clássico supunha que a luz é uma onda continua. Isso permite analisar o comportamento do elétron ao interagir com a luz: Cada elétron adquirirá uma energia cinética proporcional ao quadrado da intensidade da onda. Esse resultado é válido para todo comprimento de onda da luz. Assim se a luz é suficientemente intensa sempre conseguirá arrancar o elétron do material, ainda que a freqüência da onda eletromagnética seja muito pequena. Analise clássica Fe = e.E E = Eo cos t e Eo cos t = m d2x/dt2 x(t) = A cos t + vot +xo dx/dt = - A  sin t +vo m d2x/dt2 = - m A 2 cos t = e Eo cos t A = -e Eo m 2 Energia cinética do elétron: mv2/2 = (e2 Eo2 /2m2) sin2 t

9 Mas que acontece O Efeito Fotoelétrico
Uma simulação computacional feita conhecendo os resultados pode esclarecer nossas idéias. C:/Users/duda/Desktop/disciplinas2010/fisMod/simulaçoes/photoelectric_en

10 Se medimos a máxima diferença de potencial Vo para que a corrente elétrica seja zero, e fazemos isso para cada freqüência da luz incidente obtemos que: A voltagem Vo é linear com a freqüência. A pendente é sempre constante h = E/f = 4.1x10-15 e.V.s que não depende do circuito nem do material do cátodo. O Efeito Fotoelétrico 3) A freqüência de corte depende só do material do cátodo. Voltagem (V) Freqüência (Hertz)

11 O Efeito Fotoelétrico

12 Se escrevemos e.Vo = mv2/2= h.f - 
Isso define a equação da energia do elétron quando Vo é a voltagem que não permite que os elétrons entrem no circuito (quando o potencial contra-resta exatamente a energia cinética com que os elétrons saem do material). Essa é a gráfica representada na figura, e os pontos experimentais mostram a concordância. A pendente resulta h/e valor que também é verificado experimentalmente.

13 Todo isso é coerente com supor que o elétron intercambia sua energia com a luz, só em múltiplos de hf. É como se a luz viajara em quantos chamados fótons