Efeito fotoelétrico

O efeito fotoelétrico é um fenômeno da física. O efeito é baseado na idéia de que a radiação eletromagnética é feita de uma série de partículas chamadas fótons. Quando um fóton atinge um elétron em uma superfície metálica, o elétron pode ser emitido. Os elétrons emitidos são chamados de fotoelétrons. O efeito também é chamado de Efeito Hertz, porque foi descoberto por Heinrich Rudolf Hertz, mas este nome não é usado com freqüência. O efeito fotoelétrico ajudou os físicos a entender a natureza quântica da luz e dos elétrons. O conceito de dualidade onda-partícula foi desenvolvido por causa do efeito fotoelétrico. Albert Einstein propôs as Leis do Efeito Fotoelétrico e ganhou o Prêmio Nobel de Física de 1921.

Um diagrama que mostra como os elétrons são emitidos a partir de uma placa metálica
Um diagrama que mostra como os elétrons são emitidos a partir de uma placa metálica

Mecanismo

Nem toda onda eletromagnética causará o efeito fotoelétrico, somente radiação de uma certa freqüência ou superior causará o efeito. A freqüência mínima necessária é chamada de "freqüência de corte" ou "freqüência limite". A freqüência de corte é usada para encontrar a função de trabalho, no estilo de exibição w {\displaystyle w}que é a quantidade de energia que prende o elétron à superfície do metal. A função de trabalho é uma propriedade do metal e não é afetada pela radiação de entrada. Se uma freqüência de luz atingir a superfície do metal maior do que a freqüência de corte, então o elétron emitido terá alguma energia cinética.

A energia de um fóton causador do efeito fotoelétrico é encontrada através de E = h f = K E + w {\displaystyle E=hf=KE+w} {\displaystyle E=hf=KE+w}onde h {\displaystyle h}é a constante de Planck, 6,626×10-34 J-s, f fé a freqüência da onda eletromagnética, K E {\displaystyle KE}é a energia cinética do fotoelétron e w {\displaystyle w}é a função de trabalho para o metal. Se o fóton tiver muita energia, a dispersão Compton (~ milhares de eV) ou a produção de pares (~ milhões de eV) pode ocorrer.

A intensidade da luz, por si só, não causa a ejeção de elétrons. Somente a luz da freqüência de corte ou superior pode fazer isso. Entretanto, o aumento da intensidade da luz aumentará o número de elétrons emitidos, desde que a freqüência esteja acima da freqüência de corte.

História

Heinrich Hertz fez a primeira observação sobre o efeito fotoelétrico em 1887. Ele relatou que uma faísca saltou mais rapidamente entre duas esferas carregadas se a luz brilhasse sobre elas. Outros estudos foram feitos para aprender sobre o efeito observado por Hertz. Em 1902, Philipp Lenard mostrou que a energia cinética de um fotoelétron não depende da intensidade da luz. Entretanto, não foi até 1905 que Einstein propôs uma teoria que explicava completamente o efeito. A teoria diz que a radiação eletromagnética é uma série de partículas, chamadas de fótons. Os fótons colidem com os elétrons na superfície e os emitem. Esta teoria ia contra a crença de que a radiação eletromagnética era uma onda. Assim, a princípio não foi reconhecida como correta. Em 1916, Robert Millikan publicou os resultados dos experimentos usando um fototubo a vácuo. Seu trabalho mostrou que a equação fotoelétrica de Einstein explicava o comportamento de forma muito precisa. Entretanto, Millikan e outros cientistas foram mais lentos em aceitar a teoria dos quanta de luz de Einstein. A teoria de Maxwell da radiação eletromagnética não pode explicar o efeito fotoelétrico e a radiação de corpo negro. Estes são explicados pela mecânica quântica.


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