E f e i t o fotoeléctrico Carlos Corrêa Departamento de Química (FCUP) Centro de Investigação em Química (CIQ) Universidade do Porto

Efeito fotoeléctrico Ecin = ½ mv 2 Metal Ecin = hn - Erem E = hn Quando a radiação electromagnética incide sobre a superfície de certos metais, os átomos metálicos podem emitir electrões. Os electrões ejectados podem ter diferentes velocidades. Ecin = ½ mv 2 E = hn Metal Se a energia necessária para remover um electrão da superfície do metal for Erem , a energia cinética, Ecin , do electrão será: Ecin = hn - Erem

Ecin = hn - Erem A energia cinética do electrão, Ecin , depende da energia fornecida pela radiação, hn, e da energia gasta na extracção do electrão, Erem , que é característica do metal. Conclusão: nem todas as radiações, nem todos os metais, podem originar o efeito fotoeléctrico, pois hn deve ser maior que Erem . Vamos analisar o efeito fotoeléctrico com o sódio, utilizando radiações de diferentes cores (diferentes frequências, n), utilizando o seguinte dispositivo:

Luz violeta Luz verde l = 415 nm l = 500 nm Luz vermelha l = 650 nm G Transparente – + Vácuo Sódio G A energia do fotão de luz vermelha é insuficiente para extrair um electrão da superfície de uma lâmina do sódio (energia de remoção do electrão = 3,78 x 10-19 J).

Energia do fotão = 3,78 x 10-19 (Erem ) Comprimentos de onda, frequências e energias das radiações - CONVERSOR da NASA no sítio: http://heasarc.gsfc.nasa.gov/cgi-bin/Tools/energyconv/energyConv.pl L U Z Comp. de onda / nm Frequência / s-1 Energia / J Violeta 415 7,22 x 1014 4,78 x 10-19 Verde 500 5,99 x 1014 3,97 x 10-19 Vermelha 650 4,61 x 1014 3,06 x 10-19 Ecin / J Não remove 1,00 x 10-19 0,19 x 10-19 Energia cinética máxima do electrão removido (Ecin) da superfície do sódio metálico: Energia do fotão = 3,78 x 10-19 (Erem )

De Ecin = hn - Erem vem V0e = hn - Erem Como se mede a energia de remoção? hn – + + – Vácuo V (ddp variável) G I (Intensidade da corrente) Para V < 0 a intensidade da corrente, I , é constante. Quando V = V0 , deixa de passar corrente (não há efeito fotoeléctrico): ½ mv2 = V0e ou seja, a energia cinética máxima é insuficiente para vencer o campo eléctrico. e = carga do electrão Quando V se torna positivo, os electrões perdem velocidade e a intensidade da corrente, I , diminui (o campo eléctrico criado vai-se opondo cada vez mais ao movimento dos electrões). De Ecin = hn - Erem vem V0e = hn - Erem ou seja Erem = hn - Voe

Para cada metal, há um valor mínimo da frequência, no, para que possa ocorrer a saída de electrões do metal. v Metal A v Metal B hn = Erem + Ecin V0e = Ecin máxima Declive = h Para Ecin = 0 hno = Erem no de A no de B Frequência, n

Cada fotão interactua com um só electrão. Qual o efeito da intensidade da radiação (proporcional ao número de fotões)? Maior número de electrões Ecin = A Ecin = A SÓDIO Maior número de fotões SÓDIO Maior intensidade da radiação. Cada fotão interactua com um só electrão. O número de fotoelectrões produzidos é proporcional à intensidade da radiação. A energia cinética máxima dos electrões ejectados não depende da intensidade da radiação; depende somente da energia de cada fotão, ou seja, da correspondente frequência.

A energia cinética máxima dos electrões ejectados não depende da intensidade da radiação; depende somente da energia de cada fotão, ou seja, da frequência. Maior número de fotões SÓDIO SÓDIO Não sai qualquer electrão Não sai qualquer electrão Não há remoção de electrões, qualquer que seja a intensidade da radiação vermelha. A energia de um fotão de luz vermelha (3,06 x 10-19 J) é inferior à energia necessária para remover um electrão de um átomo de sódio (3,78 x 10-19 J).

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