Qual é o efeito fotoelétrico?
O efeito fotoelétrico ocorre quando os elétrons são liberados após a luz incidir sobre um metal. Os elétrons liberados dessa forma são chamados de fotoelétrons, o que leva ao nome de efeito fotoelétrico. De acordo com a física clássica, isso acontece porque a energia da luz é transferida para os elétrons. Essa teoria acabou sendo verdadeira, embora a maneira como isso acontece seja bem diferente do que esperávamos originalmente.
História do Efeito Fotoelétrico
Heinrich Hertz foi o primeiro a observar e publicar observações sobre o efeito fotoelétrico em 1887. Ele empregou um centelhador, com fonte de luz ultravioleta. Ele percebeu que, se a luz estava parcialmente bloqueada, as faíscas não ocorriam com tanta frequência. Isso aconteceu porque os elétrons recebiam energia da luz ultravioleta, que os liberava de seus átomos e permitia que saltassem pela lacuna. As faíscas e a eletricidade em geral são causadas pelo movimento dos elétrons.
JJ Thomson estudou isso mais detalhadamente usando tubos de raios catódicos. Ele descobriu que as partículas liberadas no efeito fotoelétrico eram as mesmas observadas anteriormente nos chamados 'raios catódicos'. Na época, eram chamados de corpúsculos, mas depois foram chamados de elétrons.
Até este ponto, as observações não eram especialmente difíceis de explicar. Mas em 1902, Philipp Lenard notou que os elétrons de energia produzidos aumentavam à medida que a frequência, ou cor, da luz aumentava. Isso foi muito inesperado.
Algo chamado teoria de onda de luz de Maxwell disse que uma luz mais brilhante (maior intensidade) levaria a elétrons de maior energia. Mas não foi isso que Lenard observou. Apenas uma luz de alta frequência produziu elétrons de alta energia. Uma luz mais brilhante apenas produzia mais elétrons.
Como Einstein explicou isso
Albert Einstein explicou esse problema em 1905. Ele percebeu que a luz deve conter pacotes, ou quanta , que são quantidades de energia chamadas fótons. Ele também observou que a quantidade de energia desses pacotes dependia da frequência, ou cor, da luz pela seguinte equação:
E = hf onde h = 6,63 X 10 ^ -34
Nessa equação, E é a energia do pacote em Joules, h é a constante de Planck (apenas um número) e f é a frequência da luz em Hertz.
Com base nesta equação, a luz de baixa frequência possui pacotes com menos energia. Portanto, se você acender uma luz de frequência suficientemente baixa, os elétrons não conseguirão obter energia suficiente para escapar do metal. E à medida que você aumenta a frequência acima do nível mínimo necessário (chamado de 'frequência limite'), os elétrons deixam o metal com mais e mais energia (eles saem em uma velocidade mais rápida).
O brilho ou intensidade da luz apenas determina quantos pacotes existem e, portanto, quantos elétrons são capazes de escapar, NÃO quanta energia esses elétrons têm. Isso se encaixa perfeitamente com as observações feitas por Lenard e outros.
Inscrição
A explicação do efeito fotoelétrico levou ao nascimento da mecânica quântica, que tem uma infinidade de aplicações. Mas a maior aplicação direta do efeito fotoelétrico é o desenvolvimento da televisão. As TVs antigas são chamadas de CRTs, ou tubos de raios catódicos, e usam uma configuração muito semelhante ao experimento de Thomson. Os elétrons produzidos atingem uma tela fluorescente que emite luz, dando a você a imagem dessas primeiras televisões.
Resumo da lição
O efeito fotoelétrico ocorre quando os elétrons são liberados quando a luz incide sobre um metal. Isso acontece porque a energia é transferida da luz para os elétrons. Quando você ilumina o metal com mais luz, mais elétrons saem. Quando você brilha uma frequência mais alta, ou mais azul, luz no metal, elétrons de energia mais alta saem.
Essas observações não eram esperadas quando foram observadas pela primeira vez. Albert Einstein os explicou dizendo que a luz contém pacotes de uma determinada quantidade de energia, chamados quanta . A luz de frequência mais alta contém pacotes maiores de energia. A luz de maior intensidade ou mais brilhante contém mais pacotes. Esses pacotes atingem os elétrons e fornecem a energia necessária para escapar.
Os televisores CRT antigos usam o efeito fotoelétrico. Elétrons são produzidos e atingem uma tela feita de um material que irá emitir luz. Ao controlar esses elétrons, você pode controlar a imagem produzida.