Efeito fotoeletrico

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1 – Efeito Fotoelétrico

1 - EFEITO FOTOELÉTRICO
Introdução: Esta experiência tem por objetivo a caracterização do efeito fotoelétrico e a medida da constante de Planck com auxílio de uma célula fotoelétrica. A emissão de elétrons provocada por ação da luz (ou radiação eletromagnética em geral) é chamada de efeito fotoelétrico. Quando examinadas em detalhe, as características do efeitofotoelétrico contradizem as previsões da teoria puramente ondulatória da radiação eletromagnética. As características principais do efeito fotoelétrico que não podem ser explicadas pela teoria ondulatória clássica são as seguintes: A energia cinética máxima dos elétrons emitidos pela superfície de um metal por ação de luz monocromática é independente da intensidade da luz. No entanto a energia dosfotoelétrons depende criticamente da freqüência da radiação incidente. Existe uma freqüência de corte para a radiação eletromagnética, abaixo da qual não ocorre efeito fotoelétrico. A freqüência de corte depende do material de que é feita a superfície emissora. Não é possível detectar experimentalmente nenhum atraso entre o instante em que a luz começa a incidir sobre a superfície e o início da emissão defotoelétrons (vide, por exemplo a referência 1 para uma estimativa deste atraso pela teoria clássica). A teoria de Einstein para o efeito fotoelétrico Em 1905 Einstein propôs que a radiação eletromagnética é composta de “pacotes” de energia ou “fótons”. A energia E de cada fóton é proporcional à freqüência da radiação: E h , onde h é a constante de Planck, utilizada originalmente para explicar aradiação do corpo negro. Ao incidir sobre uma superfície metálica, a energia de um fóton pode ser totalmente absorvida por um elétron, o qual pode ser eventualmente ejetado da superfície com energia cinética Ec h e , isto é, igual à energia do fóton menos o trabalho necessário para extrair um elétron do metal: e , onde e é a carga do elétron e é denominada função de trabalho do metal. Isto explicapor quê a energia máxima dos elétrons ejetados é independente da intensidade da fonte. Aumentar a intensidade da fonte, por exemplo, significa aumentar o número de fótons que incide sobre a superfície metálica por unidade de tempo. Como conseqüência, um número proporcionalmente maior de elétrons é emitido pela superfície (aumenta a corrente foto-elétrica), mas a energia máxima de cada elétroncontinua sendo a mesma. No entanto se a freqüência da radiação for tal que a energia dos fótons seja menor do que e , nenhum elétron terá energia suficiente para escapar do metal, ou seja, a freqüência de corte é 0 e / h . A teoria explica também por quê não há atraso na emissão dos fotoelétrons. Mesmo para intensidades baixas da luz, como a energia de cada fóton é muito pequena, um grande número defótons incide sobre a superfície, ejetando elétrons imediatamente. A teoria prevê, portanto, uma relação linear entre a energia máxima dos fotoelétrons e a freqüência da radiação incidente. Esta relação foi verificada experimentalmente por R. A. Millikan com auxílio de uma célula fotoelétrica em 1914, permitindo uma medida da constante de Planck.

1 – Efeito Fotoelétrico

Arranjo experimentaltípico para estudo do efeito fotoelétrico: A figura 1 mostra um arranjo contendo uma fotocélula, um pico-amperímetro (A) um voltímetro (V) e uma fonte de tensão variável (consistindo de baterias ligadas a um potenciômetro). A fotocélula consiste de uma ampola de vidro contendo um cátodo (c) (feito de um metal de baixa função de trabalho) e um ânodo (a) (com alta função de trabalho) em vácuo. Umafonte de luz monocromática é utilizada para iluminar o cátodo. A figura 1 mostra um fóton (f) incidindo sobre o cátodo e a conseqüente emissão de um fotoelétron (e-).

Figura 1. Esquema simplificado para medida do efeito fotoelétrico. Considerando o circuito fechado formado pela fonte de tensão (V) e a fotocélula, e lembrando que o campo eletrostático é conservativo, podemos deduzir que,...
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