O Efeito Fotoelétrico e uma Nova Visão para a Luz

Apresentação em tema: "O Efeito Fotoelétrico e uma Nova Visão para a Luz"— Transcrição da apresentação:

1 O Efeito Fotoelétrico e uma Nova Visão para a Luz
Universidade Federal do Rio Grande do Sul Instituto de Física Programa de Pós-Graduação em Ensino de Física O Efeito Fotoelétrico e uma Nova Visão para a Luz Mestrando Patrese Vieira Porto Alegre, maio de 2013

2 (MAIS UM) PROBLEMA SOBRE
A LUZ

3 Heinrich Rudolf HERTZ Hertz foi o físico alemão que demonstrou a existência da radiação eletromagnética, através da criação de equipamentos que emitiam e detectavam ondas de rádio. ( )

4 Em 1887, Hertz desenvolvia experimentos sobre ondas eletromagnéticas (como a luz, por exemplo) e constatou que o brilho de algumas faíscas melhorava o desempenho de um detector. Investigando, concluiu que a luz emitida modificava algo no terminal negativo do equipamento experimental, feito de bronze. Assim foi concebido o efeito fotoelétrico.

5 O efeito fotoelétrico (do grego: foto = luz) ocorre quando um feixe de luz incide sobre uma superfície metálica e consequentemente ejeta elétrons dela, sendo estes chamados de fotoelétrons.

6 Philipp Eduard Anton von LENARD
Com a morte prematura de Hertz, o físico húngaro Lenard, seu auxiliar, prossegue suas pesquisas (1862 – 1947)

7 Lenard utilizava dispositivos experimentais feitos com placas de diferentes metais polidos colocados dentro de ampolas de vidro, não havendo ar em seu interior. A + V +

8 Mesmo após a identificação do Efeito Fotoelétrico ainda havia muitas dúvidas a serem investigadas, afinal de contas, por que a luz conseguiria ejetar elétrons de alguns metais? Para Lenard, havia dois problemas precisando de solução...

9 1º) A existência de um limiar de frequência Alguns tipos de luzes conseguiam emitir elétrons e outros não. Os fotoelétrons só eram emitidos para frequências acima de determinado valor, conhecido como limiar de frequência.

10 A Frequência de uma onda pode ser explicada em termos de seu comprimento de onda. O comprimento de onda (l) é a distância que a onda percorre para realizar uma oscilação completa. l l l

11 Já a frequência (n) é definida como o número de oscilações que uma onda consegue completar em 1 segundo. Matematicamente, ambas se relacionam por: n = v / l Onde v é a velocidade de propagação da onda.

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13 2º) A inexistência do tempo de retardamento Se a luz incidente não tivesse energia suficiente para emitir o elétron, a superfície metálica absorveria energia até que acumulasse o suficiente para ejetá-lo. Este tempo de absorção de energia é o tempo de retardamento, porém ele não é observado.

14 NOVAS IDEIAS PARA NOVOS
PROBLEMAS

15 Max Karl Ernest Ludwig PLANCK
Em 1900, Planck, importante físico alemão, propôs uma nova concep- ção que causaria mudan- ças profundas na Física. ( )

16 Na época, já se sabia que os corpos emitiam energia através de ondas eletromagnéticas (chamada energia radiante), mas não se sabia de que forma.

17 Planck propôs que essa energia emitida era quantizada em um corpo.
Isso significa que ela poderia possuir apenas valores múltiplos de uma quantidade elementar de energia, chamada por Planck de quantum.

18 Adotando a ideia de quantum, Planck não só resolveu o problema da emissão da energia radiante como forneceu um princípio à Física que causaria uma enorme revolução. A energia radiante seria emitida pelos corpos através de quanta, que podem ser interpretados como “pacotes” de energia.

19 Segundo Planck, a energia de cada quantum depende da frequência da radiação com a qual ele foi emitido. A energia total liberada é proporcional ao número de quanta emitidos.

20 Matematicamente, a energia emitida foi representada por:
E = n.h.n Onde E é a energia total emitida, n sua frequência e n (n = 0, 1, 2, 3, ...) o número de quanta. h é conhecida como Constante de Planck.

21 ENERGIA CONTÍNUA ENERGIA QUANTIZADA ... E = 1.h.v E = 2.h.v E = 3.h.v

22 Os estudos de Planck permitiram a explicação da existência do limiar de frequencia.
A energia da radiação eletromagnética é diretamente proporcional à frequência. Dessa forma, luzes com baixas frequências possuem menor energia, assim não emitem fotoelétrons em muitos casos, ao contrário do que ocorre com luzes com altas frequências.

23 O efeito fotoelétrico torna-se mais evidente com radiação violeta ou ultravioleta, que possuem maiores frequências, como observado no espectro eletromagnético.

24 Mesmo após esses avanços, ainda havia uma incógnita: o tempo de retardamento. Ainda que a luz com baixas frequências não ejetasse elétrons imediatamente, o metal conseguiria acumular energia para posteriormente ejetá-los, algo aceitável para uma onda eletromagnética, mas que não acontecia.

25 Com isso veio uma grande dúvida: ou a teoria ondulatória da luz estava errada ou a propagação eletromagnética não era um fenômeno ondulatório.

26 FAÇA-SE A LUZ

27 A nova incerteza acerca da natureza da luz durou cerca de cinco anos, sendo construída uma nova solução em 1905.

28 Albert EINSTEIN Em 1905, Einstein inspirou-se em Planck para buscar uma nova explicação para a natureza da luz. ( )

29 Einstein, baseado na ideia de Planck, adotou a hipótese de que a energia não está localizada em quanta apenas quando é emitida por um corpo, mas que também possui a mesma característica quando está dispersa pelo espaço.

30 ENERGIA ESPALHADA PELO ESPAÇO
ENERGIA CONCENTRADA EM PACOTES

31 Nesse caso a luz, enquanto onda eletromagnética, também estaria reunida nesses pacotes, chamados por Einstein de corpúsculos de luz, sendo posteriormente batizados como fótons.

32 Cada fóton possui uma energia associada a si, ou seja, segundo Einstein, adequando os resultados de Planck, a energia de um fóton é: E = h.n

33 A partir desse instante, a luz passou a ser interpretada como um conjunto de partículas, ou seja, passou a existir um caráter corpuscular para a luz.

34 No efeito fotoelétrico, um fóton penetra em uma superfície metálica e transfere para um único elétron toda sua energia. Se essa energia for suficiente, o elétron abandona o metal imediatamente, caso contrário, permanecerá preso a ele. Dessa maneira, a interpetação da luz como fóton explica a ausência do tempo de retardamento.

35 A comprovação experimental para o efeito fotoelétrico só foi obtida em 1916, pelo físico estadunidense Robert Millikan ( ), que que se dedidou a esta pesquisa desde 1906.

36 Então, o que é a LUZ ?

37 Embora o efeito fotoelétrico só tenha sido completamente explicado a partir da adoção do fóton (luz enquanto partícula), há outros fenômenos que são perfeitamente explicados somente pelo seu caráter ondulatório (luz enquanto onda), como a difração e a interferência.

38 Dessa forma, não podemos dizer que a luz é apenas uma onda ou apenas uma partícula, já que ela pode apresentar ambos os comportamentos. Por esse motivo, é possível dizer que na luz há uma dualidade onda-partícula.

39 A luz apresenta apenas uma característica por vez, ou seja, ou se manifesta como onda ou se manifesta como partícula.

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42 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS CARUSO, F. ; OGURI, V. (2006)
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS CARUSO, F.; OGURI, V. (2006). Física Moderna – Origens Clássicas e Fundamentos Quânticos. Campus. Rio de Janeiro. EISBERG, R.; RESNICK, R. (1979). Física Quântica. Campus. Rio de Janeiro. GASPAR, A. (2003). Física - Mecânica, v.1.Ática. São Paulo. HEWITT, P.G. (2002). Física Conceitual. Artmed. Porto Alegre, 2002.

43 CRÉDITOS DAS IMAGENS E ANIMAÇÕES
A seguir estão relacioadas as fontes das imagens e animações e os slides nos quais foram utilizadas. Autor: slides 07, 07, 10, 20, 21, 24 e 33. Tirinhas de Física: slides 42, 43 e 47. Wikipedia: slides 03, 06, 11, 14, 22, 30, 31, 32 e 46.