OEfeitofotoelétrico

LaboratóriodeEstruturaIProf.HelenaMalbouisson

1

2Efeitofotoelétrico

3

OFóton,oQuantumdeluz•  PropostadeEinsteinde1905:aradiaçãoeletromagnéJcaéquanJzadaeaquanJdadeelementardeluzéofóton.

•  Fóton:mediadordasinteraçõeseletromagnéJcas(teoriaquânJcadecampos).

•  Umfótontemumaenergiadadapor:E=hf

ondehéconhecidacomoconstantedePlanck:h=6,63x10-34J.s=4,14x10-15eV.s

4

•  Amenorenergiaqueumaondaluminosadefrequênciafpodepossuiréhf(energiadeumúnicofóton);–  Seaondapossuiumaenergiamaior,essadeveserummúlJplodehf.

•  Einsteinpropôsaindaquealuzemi&daouabsorvidaporumcorpoocorreanívelatômico;

–  Quandoumfótondeenergiahféaborvidoporumátomo,aenergiahfdofótonétransferidaparaoátomo.

–  Quandoumfótondefrequênciaféemi,doporumátomo,umaenergiahfétransferidaparaofóton.

•  Emtodoeventodeabsorçãoouemissão,avariaçãodeenergiaésempreigualàenergiadofóton.

5

OEfeitoFotoelétrico•  Noefeitofotoelétrico,elétronssãoemi,dospelamatéria(metal,

sólidosnãometálicos,gasesoulíquidos),comoconsequênciadaabsorçãodeenergiadaradiaçãoeletromagné,ca(fótons);–  Esseselétronssãochamadosdefotoelétrons.

•  DescobertoporHeinrichHertz1887;•  Vamosanalisardoisexperimentosqueenvolvemoefeito

fotoelétrico,ambosusandoamontagemabaixo:

6

•  LuzdefrequênciafincidenoalvoT,ejetandoelétrons(fotoelétrons);

•  ElétronsejetadossãorecolhidospelocoletorC,devido`adiferençadepotencialmanJdaentreoalvoTeocoletor;

•  Oselétronssemovemnocircuitoformandoumacorrenteelétricai(correntefotoelétrica,indicadanafigura);

•  Bateriaseresistorvariávelsãousadosparaproduzireajustaradiferençadepotencial.

Primeiroexperimentodoefeitofotoelétrico•  AoatravessarumadiferençadepotencialVnegaJva,oselétronsejetados

perdemenergia;Experimento:1.  AumentarVnegaJvoatéqueacorrentefotoelétricasejanulaè

potencialdecorte,Vcorte;2.  QuandoV=Vcorte,osfotoelétronsmaisenergéJcossãodeJdoslogo

antesdechegarnocoletorèsuaenergiacinéJcamáximaédadapor:Kmáx=eVcorte,

Ondeeéacargaelementar.

7

•  Experimentosmostramqueparaumaluzdemesmafrequênciaf,ovalordeKmáxnãodependedaintensidadedaluzincidentenoalvo;

•  IssonãopodeserexplicadopelaFísicaClássica;•  NaFísicaClássica,aluzéumaondaeletromagnéJcaèquantomaioraamplitudedaonda

(intensidadedaluz),maioraenergiadestaèmaioraenergiadoselétronsejetados.Masnãoéissoqueacontece!

•  Paraumadadafrequênciaf,aenergiamáximadoselétronsemiJdospeloalvoésempreamesma;

•  Sepensarmosemtermosdefótons:aenergiamáximaqueumelétronejetadopodeobteréaenergiadeumúnicofóton.Aoaumentarmosaintensidadedaluz,aumentamosonúmerodefótons,masaenergiadecadafóton(E=hf)conJnuaamesma.èdualidadeonda-parGcula!

8

Segundoexperimentodoefeitofotoelétrico

•  ConsisteemmediropotencialVcorteparaváriasfrequênciasfdaluzincidente;•  OresultadoobJdoestámostradoabaixo:

•  OefeitofotoelétriconãoéobservadoseafrequênciadaluzformenorqueumcertovalorcríJco,umacertafrequênciadecortef0,ouequivalentemente,comprimentodeondadecorte,λ0=c/f0;

•  Oresultadonãodependedaluzincidente.

•  OresultadoacimanãopodeserexplicadopelaFísicaClássica:sealuzsecomportasseapenascomoondateriaenergiasuficienteparaejetarelétrons,independentedasuafrequência,contantoqueJvesseumaintensidadesuficientementegrande.Masissonãoacontece!

•  Sepensarmosemtermosdefóton:•  Oselétronssemantêmfixosaoalvoporumaforçaelétricaexercidasobreeles;•  Paraselivraremdessaforça(seremejetados),necessitamdeumacertaenergia

mínimaΦ,quedependedomaterialdoalvo;•  Essaenergiamínimarecebeonomedefunçãotrabalho;•  Quandohf>Φèoelétronescapadoalvo.Quandohf<Φèoelétronnãopode

escapar.

9

AEquaçãodoEfeitoFotoelétrico

Einsteinresumiuosresultadosdosexperimentosdoefeitofotoelétriconaseguinteequação:

hf=Kmáx+Φ(equaçãodoefeitofotoelétrico)

•  AequaçãoacimaéaaplicaçãodaleideconservaçãodeenergiaàemissãofotoelétricaporumalvocomumafunçãotrabalhoΦ;

•  Aenergiadoelétronejetadodeveserigualàdofótonincidente;•  Oelétronnecessitadeumacertaenergia(Φ)paraescapardoalvo.Adiferençadeenergia(hf

-Φ)seráadquiridaemenergiacinéJca.

•  SubsJtuindoKmaxemfunçãodeVcorte,temos:

hf=eVcorte+ΦèeVcorte=hf–Φè Vcorte=(h/e)f–(Φ/e)

Como(h/e)e(Φ/e)sãoconstantes,Vcortetemumadependêncialinearcomafrequênciaf,comovimosnográficoanterior.

10

11

12

13

Tarefas•  VerificarateoriadeEinsteinatravésdaverificaçãodo

potencialdecorteemfunçãodocomprimentodeonda:–  ObteraconstantedePlanck;

–  Verificarotempoparaobtençãodopotencialdecorteemfunçãodaintensidadedaluzincidente;

–  DiscuJrosresultadoscombasenosprincípiosondulatóriosenateoriadeEinsteindaluz. 14

15

16