O Efeito Fotoeléctrico

Uma chapa de zinco ligeiramente polida e carregada negativamente perde electrões se for exposto à luz ultravioleta. A este fenõmeno atribui-se o nome de "efeito fotoelétrico".

Investigações cuidadosas levadas a cabo no final do século XIX, provaram que o efeito fotoelétrico ocorre com uma grande diversidade de materiais, mas apenas se o comprimento de onda da radiação incidente for suficiente. O efeito fotoelétrico observava-se para valores determinados de comprimentos de onda associados aos materiais e pouco tinha a ver com a "quantidade" de luz incidente o que na altura era um pouco estranho para os investigadores.

Em 1905, Albert Einstein deu a explicação que resolveu estas questões: A Luz é constituído por partículas (fotões), e a energia dessas partículas é proporcional à frequência da onda emitida. Ora como existe uma certa quantidade mínima de energia (dependente do material), necessária para remover um electrão da superfície de uma placa metálica, esses valores têm de estar em consonância para que o fenómeno se dê. Ou seja, se a energia de um fotão for maior do que esse valor, os electrões podem ser emitidos, se não for, não podem. Observemos a equação seguinte:

Ecin   =   h f   −   W

Ecin ... energia cinética máxima do electrão emitido
h ..... Constante de Planck (6,626 × 10-34 Js)
f ..... frequência
W ..... energia de remoção (trabalho de extração)

Esta pequena aplicação simula uma experiência realizada para a determinação da constante Planck e da energia de remoção de um electrão: Um feixe de luz monocromático correspondente a um único comprimento de onda (uma única linha espectral) é filtrado a partir da luz emitida por uma lâmpada de mercúrio. Esta luz atinge o cátodo (C) de uma célula fotoeléctrica e provoca (ou não) a emissão de electrões. Para obter a energia cinética máxima dos elétrons emitidos é necessário ampliar a tensão por meio de um potenciómetro, permitindo que mais electrões cheguem ao ânodo (A). O aparelho de cor azul indica a dimensão da tensão de oposição. O aparelho de cor vermelha indica os electrões que atingem o ânodo.

O painel do lado direito permite-lhe alterar o material do cátodo, o comprimento de onda e o valor da tensão de oposição. Os valores indicados referem-se à frequência da luz e ao equilíbrio energético do efeito fotoelétrico. Os resultados das medições são observáveis num diagrama em baixo à esquerda, podendo ser apagados.

A avaliação das dois séries que se conseguem obter por meio do diagrama resulta em dois linhas paralelas. A partir do declive dessas linhas a constante Planck (h) pode ser calculado.

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