Aula 59 - Efeito Fotoelétrico

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Lição 59
Efeito
Fotoelétrico
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A Descoberta
O Efeito Fotoelétrico
Em 1887 Heinrich Hertz descobre por acaso o Efeito Fotoelétrico.
A incidência de luz ultravioleta
num metal arranca elétrons
desse metal.
Mas com a cor vermelha isso não ocorre!!!
Dificuldades do Modelo Ondulatório
A Catástrofe do Ultravioleta 
Pela teoria clássica, a intensidade de energia emitida na faixa do ultravioleta seria
infinita.
Violação da lei de 
Conservação da Energia
Uma Solução Improvável
Em consequência de suas pesquisas em radiações eletromagnéticas, descobriu
uma nova constante da Física .
(1858 – 1947)
Max Planck
Ganhou o Prêmio Nobel de Física em 1918, sendo considerado o pai da Física
Quântica.
Dificuldades do Modelo Ondulatório
O Quantum
Planck considerou que a emissão de energia pelos corpos irradiantes não era
contínua, mas sim composta de pequenas "unidades" chamadas Quantum...
A Equação de Planck
As pequenas "unidades" chamadas Quantum, são calculadas por
𝐸 = ℎ𝑓
𝐸: 𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎 [𝐽]
𝑓: 𝑓𝑟𝑒𝑞𝑢ê𝑛𝑐𝑖𝑎 [𝐻𝑧]
ℎ: 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑃𝑙𝑎𝑛𝑘 𝒉 = 𝟔, 𝟔𝟑 ∙ 𝟏𝟎−𝟑𝟒𝑱 ∙ 𝒔
Dificuldades do Modelo Ondulatório
A Catástrofe do Ultravioleta 
A energia é irradiada em quantidades múltiplas de um valor fundamental.
Dificuldades do Modelo Ondulatório
O Efeito Fotoelétrico
No início do século XX estudando o efeito fotoelétrico Einstein declara que a
energia luminosa é quantizada, sendo que cada quantum (fóton) se comporta
como uma partícula.
Dificuldades do Modelo Ondulatório
O Efeito Fotoelétrico
Einstein sugeriu que um raio de luz seria como uma rajada de balas em que as
“partículas mínimas de luz” (fótons) ao se chocarem com os elétrons do metal
faziam-nos saltar.
O Efeito Fotoelétrico
Placa de metal
Luz monocromática
O Efeito Fotoelétrico
O Efeito Fotoelétrico
Placa de metal
Luz monocromática
O Efeito Fotoelétrico
O Efeito Fotoelétrico
Placa de metal
O Efeito Fotoelétrico
Fotoelétron
Um fóton de radiação incidente é completamente absorvido por um único
elétron.
Dualidade Onda-Partícula
ONDA PARTÍCULA
Natureza Corpuscular e Ondulatória do Elétron
ONDAPARTÍCULA
Um orbital é um espaço
onde há a probabilidade de
se encontrar um elétron.
A Barreira de Energia
Para que um elétron escape do metal, é necessário que ele absorva uma
quantidade mínima de energia para vencer as forças elétricas que o prendem ao
metal.
Essa energia mínima exigida é chamada de Função Trabalho (𝜙)do metal.
ℎ𝑓 = 𝜙 + 𝐸𝑚á𝑥𝑖𝑚𝑎
Onde: 𝐸𝑖𝑛𝑐𝑖𝑑𝑒𝑛𝑡𝑒= ℎ𝑓 Energia do fóton absorvido.
A Frequência de corte (𝒇𝟎)
𝜙 = ℎ𝑓0
𝜙: 𝐹𝑢𝑛çã𝑜 𝑇𝑟𝑎𝑏𝑎𝑙ℎ𝑜 [𝐽]
ℎ: 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑃𝑙𝑎𝑛𝑐𝑘 [𝐽 ∙ 𝑠]
𝑓0: 𝑓𝑟𝑒𝑞𝑢ê𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑟𝑡𝑒 [𝐻𝑧]
5 Observações Importantes
𝐸
1 fóton 
absorvido
1 elétron 
emitido
1) Cada elétron absorve exatamente um fóton de energia, não podendo absorver
mais, ou, frações de fótons.
5 Observações Importantes
2) Para fotoelétrons ejetados de um metal, o aumento da intensidade da luz
incidente aumenta o número de fotoelétrons ejetados, mas não aumenta a
energia cinética dos mesmos.
𝐸
1 fóton
𝐸
x fótons
1 elétron
𝐸
𝐸
𝐸
x elétrons
ANTES DEPOIS
5 Observações Importantes
3) A energia dos fotoelétrons está relacionada com a frequência da luz
incidente, e não com a intensidade da luz incidente.
5 Observações Importantes
4) O fóton precisa vencer a função trabalho e ainda fornecer energia adicional ao
fotoelétron para que esse seja ejetado.
ℎ𝑓 = 𝜙 + 𝐸𝑚á𝑥𝑖𝑚𝑎
ℎ𝑓 ℎ𝑓
𝐸𝑚á𝑥
ℎ𝑓 < 𝜙
5 Observações Importantes
5) Quando ocorre o Efeito Fotoelétrico o corpo fica carregado positivamente.
Aplicações
Quando incide luz em uma célula fotoelétrica, é produzido no circuito uma corrente
elétrica que aciona um relé apropriado. Essa combinação da célula fotoelétrica com
um relé, permite construir uma gama enorme de dispositivos capazes de ver e
distinguir objetos.
(UEM PR) Quando luz incide sobre a superfície de um metal, elétrons podem ser
extraídos dessa superfície. Esse fenômeno é denominado efeito fotoelétrico. Assinale
o que for correto sobre o efeito fotoelétrico e sobre as propriedades da luz.
01) O efeito fotoelétrico é uma evidência do comportamento corpuscular da luz.
02) Elétrons são liberados da superfície do metal se a energia dos fótons incidentes for
maior que a energia que prende os elétrons à superfície do metal (função trabalho).
04) Quanto maior o comprimento de onda da luz incidente, maior será a energia
transferida dos fótons para os elétrons.
08) Independentemente da frequência da luz incidente, elétrons podem ser liberados
da superfície do metal, aumentando-se a intensidade do feixe de luz.
16) A função trabalho do metal depende exclusivamente do comprimento de onda da
luz incidente.
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(UFJF MG) O Efeito Fotoelétrico foi descoberto por Heinrich Rudolf Hertz (1857 – 1894), nos anos de
1886 e 1887. Hertz percebeu que uma descarga elétrica entre dois eletrodos, dentro de uma ampola
de vidro, era facilitada pela incidência de radiação luminosa no eletrodo negativo, provocando a
emissão de elétrons de sua superfície. A explicação satisfatória para esse efeito foi dada em 1905,
por Albert Einstein, e em 1921 deu ao cientista alemão o prêmio Nobel de Física. Analisando o efeito
fotoelétrico, quantitativamente, Einstein propôs que a energia do fóton incidente é igual à energia
necessária para remover um elétron mais a energia cinética do elétron emitido. Com base nestas
informações, calcule os itens abaixo.
a) Considerando que a energia de um fóton incidente é definida por E = h ∙ f , onde h = 6,6 × 10–34 J.s é a
constante de Planck e que o comprimento de onda de um fóton é dado por 𝜆 = 396 nm, obtenha a
energia do fóton.
b) Sabendo que a massa de um elétron é de aproximadamente 9,1×10–31 kg e que a velocidade dos
elétrons emitidos de uma placa metálica incidente por uma radiação com 𝜆 = 396nm é de 900,00
km/s, CALCULE o valor da energia necessária para remover o elétron da placa. Dado: c = 3,0×108
m/s.