Relatório - Simulação do Efeito Fotoelétrico

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Laboratório de Física Moderna 
Questionário/Relatório 4 
Simulação do experimento do Efeito Fotoelétrico 
 
Aluno: Bruno Bordignon Paes 
Ano: 2020 
 
1) 
 
Tabela 1 – Frequências, Comprimentos de onda e Energia das respectivas 
radiações eletromagnéticas. 
 
2) a) A intensidade de energia emitida pela placa não depende da frequência da 
onda e sim da amplitude da onda (associada a potência da fonte), assim como 
a distância entre a fonte e a placa. Assim, não podemos afirmar nada a respeito 
das intensidades de energia emitidas para cada uma das cores especificadas. 
b) Sim, alterando a amplitude das ondas emitidas (pela potência da fonte) e a 
distância entre fonte e placa metálica. 
1 – Amplitude da onda (potência da fonte); 
2 – Distância entre fonte e placa metálica. 
c) 1 – Diminuindo a distância entre a fonte e a placa metálica; 
2 – Aumentando a intensidade da onda emitida pela fonte; 
3 – Bloqueando parcialmente a passagem da onda com algum anteparo opaco. 
 
3) O vácuo se faz necessário para que os elétrons emitidos pela placa emissora 
não interajam com os átomos de um possível gás presente no tubo e alterando 
assim os resultados do experimento. Caso o experimento não seja realizado no 
vácuo, o efeito fotoelétrico ainda assim ocorreria, porém, os resultados obtidos 
não seriam puros. 
 
4) Sem nenhuma das ligações externas descritas a placa coletora ficaria 
carregada negativamente enquanto a placa emissora ficaria carregada 
positivamente. Com o passar do tempo as placas ficariam polarizadas e os 
elétrons emitidos não conseguiriam atingir mais a placa coletora. O sistema se 
comportaria como um capacitor. 
 
5) 
 
Figura 1 – Esquema simplificado usado no experimento a respeito do efeito 
fotoelétrico. 
a) Sim, os elétrons se movimentariam no sentido contrário ao da corrente 
elétrica. Os elétrons são expelidos da placa emissora, captados na placa coletora 
e então passariam pela fonte externa e pelo amperímetro no sentido contrário ao 
da corrente elétrica. 
b) Sim, o valor medido seria baixo. A placa emissora seria positiva e a placa 
coletora seria negativa. 
c) 
 
Figura 2 – Representação da Força Elétrica sobre as cargas e do Campo 
Elétrico entre as placas. 
 
6) a) 
 
Figura 3 – Representação da Força Elétrica sobre as cargas e do Campo 
Elétrico devido a ação da fonte externa de tensão. 
b) O sentido da Força Elétrica sobre as cargas e do Campo Elétrico sobre as 
placas é o mesmo, pois a polarização das placas, emissora e coletora, acontece 
da mesma forma. Emissora positiva e Coletora negativa. 
 
7) a) A intensidade da corrente elétrica diminuiria, pois com o aumento da 
voltagem da fonte externa o campo elétrico entre as placas, emissora e coletora, 
também aumentaria. Como consequência a força elétrica sobre as partículas 
carregadas (fotoelétrons) aumentaria proporcionalmente, diminuindo a 
quantidade de partículas que conseguiriam chegar até a placa coletora e 
diminuindo assim a intensidade da corrente elétrica. 
b) Alterar a polaridade faria com que os fotoelétrons fossem acelerados ao invés 
de freados entre as placas devido a direção invertida do campo elétrico, 
orientado no sentido placa coletora/placa emissora. Agora se aumentarmos 
intensidade da voltagem da fonte externa, como explicado no item anterior, para 
um determinado valor de Vext, nenhum elétron emitido pela placa emissora 
conseguiria atingir a placa coletora. (F = e.E) 
 
8) a) As diferenças nas velocidades de ejeção ocorrem por conta da energia 
necessária para se retirar cada elétron das placas, e tal energia está associada 
a frequência da onda incidente na placa emissora. A placa só começa a emitir 
fotoelétrons quando a frequência atinge um valor específico, que é característico 
do elemento de que é formado a placa. A partir deste valor, com o aumento da 
frequência, aumenta-se a velocidade de ejeção dos fotoelétrons. 
b) 
 
 
c) Os fotoelétrons com velocidade inferior a vmáx não chegam até a placa 
coletora, sua velocidade se anula antes disso e então eles retornam para a placa 
emissora. 
 
9) a) Professor, estou utilizando o mesmo gráfico que um colega de turma, pois 
não tenho notebook e utilizo o notebook do colégio onde trabalho para realizar 
os trabalhos e o mesmo e bloqueado para baixar novos aplicativos, como por 
exemplo origin. Não manjo muito de construir gráficos no excel ainda, e por conta 
do tempo optei por utilizar o mesmo gráfico. Caso o senhor não aceite, pode 
retirar a nota somente do meu trabalho por favor, referente a esta questão. 
 
Gráfico 1 – Posições das partículas entre duas placas com distanciamento de 
25 u.m, para vMáx , vMéd , vMín 
b) 
 
 
 
Pergunta 1) 
a) Aumentando-se a frequência da luz emitida, com um deslocamento no sentido 
do Ultravioleta, observa-se um aumento na velocidade de ejeção dos 
fotoelétrons da placa emissora. 
b) Diminuindo-se a frequência da luz emitida, com um deslocamento do sentido 
do Infravermelho, observa-se uma diminuição na velocidade de ejeção dos 
fotoelétrons da placa emissora até que está se sessa quando atingimos o valor 
de 5,5x1014 Hz e 545 nm. 
c) Como citado no item anterior f = 5,5x1014 Hz 
d) Carbono – f = 1,16x1015Hz 
Ouro – f = 1,23x1015Hz 
Para metais diferentes temos frequências de corte diferentes. 
e) A frequência de corte é o mínimo valor de frequência para o qual é possível 
se arrancar fotoelétrons de uma placa feita de um material específico. Além 
disso, cada material possui a sua própria frequência de corte. 
 
Pergunta 2) 
a) Aumentando-se a intensidade da onda, aumenta-se a quantidade de elétrons 
ejetados, porém as velocidades de ejeção se mantêm constantes. 
b) 1- Ao aumentarmos intensidade das ondas para frequências abaixo da 
frequência de corte, nenhum fotoelétron foi ejetado, contrariando as previsões 
clássicas a respeito do experimento. 
2- A frequência de corte é um valor fixo para cada tipo de material que é feito a 
placa, sendo que a intensidade da onda lançada sobre a placa não altera esta 
frequência. 
 
Pergunta 3) 
a) 
Trial Metal 
 
Voltagem 
(V) 
 
Corrente 
(pA) 
Frequência (Hz) 
 
Comprimento 
de onda (nm) 
 
1 
 
Sodium 
 
-0.002 
 
0.02 
 
4.9985E14 
 
600.18 
2 Sodium 0.618 0.01 7.0093E14 428.00 
3 Sodium 2.279 0.00 11.0180E14 272.28 
Tabela 1 – Voltagem de corte e frequência para o sódio. 
A voltagem de corte é diretamente proporcional a frequência. 
b) Refazendo o experimento com um valor de intensidade da onda diferente 
percebe-se que o potencial de corte permanece o mesmo. 
DESAFIO – O potencial pode ser explicado. Quando aplicamos uma d.d.p. 
externa fazendo com que as placas fiquem polarizadas (emissora = positivo e 
coletora = negativo), um campo elétrico se estabelece entre elas. Com o 
aumento da d.d.p. o campo aumenta proporcionalmente até que os fotoelétrons, 
emitidos pela placa emissora, não consigam mais atingir a placa receptora. O 
que não se consegue explicar pela teoria clássica é o porquê de a intensidade 
não alterar o potencial de corte. Classicamente, aumentando a intensidade da 
onda teríamos mais energia sendo fornecia para os elétrons e assim 
precisaríamos de uma potencia de corte maior para que os mesmos fossem 
impedidos de atingir a placa receptora. 
EXP 1) Mais uma vez professor, estou usando os dados de um colega de turma 
para fazer os gráficos. 
a) Tabela com os valores de fotocorrente produzidos para diferentes 
intensidades de onda incididas em uma placa de Sódio , com uma frequência 
fixa em 9,09x1014 Hz e comprimento de onda de 340 nm. 
 
Tabela 2 – Intensidade da luz e Fotocorrente 
b) 
 
Gráfico 2 – Densidade de Fótons e Fotocorrente 
c) Pode-se concluir que existe uma relação de dependência linear entre a 
intensidade da luz incidida na placa emissora e a fotocorrente produzida. 
 
EXP 2) a) Tabela com metais, frequência de corte e distribuição eletrônica.Metal 
Frequência 
(Hz) 
 
Distribuição eletrônica 
Alumínio 9.8684E14 1s2 2s2 2p6 3s2 3p1 
Cálcio 7.0093E14 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 
Carbono 11.6279E14 1s2 2s2 2p2 
Césio 5.0761E14 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s1 
Ouro 12.3457E14 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s1 4f14 5d10 
Ferro 10.9091E14 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d6 
Magnésio 8.9021E14 1s2 2s2 2p6 3s2 
Mercúrio 10.8696E14 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14 5d10 
Prata 11.4504E14 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s1 4d10 
Sódio 5.5046E14 1s2 2s2 2p6 3s1 
Tabela 3 – Metais, Frequências de corte e Distribuição eletrônica. 
b) A frequência de corte esta associada a quantidade de elétrons na camada de 
valência. Quanto mais elétrons na camada de valência mais será a frequência 
de corte. Assim, maior frequência remete a mais energia necessária para se 
arrancar estes elétrons de seus respectivos núcleos atômicos. Essa análise se 
aplicaria aos metais. Podemos notar uma exceção, o carbono. O motivo pelo 
qual sua frequência de corte está tão elevada poderia ser o seu raio atômico. Os 
elétrons estão muitos próximos ao núcleo atômico, aumentando assim a energia 
necessária para retira-los de suas camadas. 
 
EXP 3) Usando os dados de um colega de turma e o gráfico. 
 
Gráfico 3 – Intensidade da corrente por Potencial externo para intensidades de 
100% e 40% 
Podemos notar que o aumento da intensidade da luz não é capaz de alterar o 
potencial de corte, e que para valores de potencial menores que o de corte a 
intensidade da luz tem influência na corrente elétrica medida. 
 
EXP 4) 
 
10) A velocidade na qual o elétron é ejetado depende apenas do potencial de 
corte e este não depende da intensidade da radiação emitida. Assim podemos 
concluir que a intensidade da radiação não altera a velocidade do fotoelétron, e 
sim a quantidade de fotoelétrons produzidos como visto experimentalmente. 
 
11) Não. Segundo o modelo clássico se a intensidade da luz aumentasse 
aumentaria assim a velocidade de emissão do fotoelétron. O resultado 
encontrado com os experimentos foi completamento o oposto. A velocidade não 
aumenta com o aumento da intensidade da luz, ela permanece a mesma. 
 
12) 
 
13)