{"id":229,"date":"2014-11-29T18:18:50","date_gmt":"2014-11-29T18:18:50","guid":{"rendered":"http:\/\/fisicaevestibular.com.br\/novo\/?page_id=229"},"modified":"2024-08-21T13:40:03","modified_gmt":"2024-08-21T13:40:03","slug":"efeito-fotoeletrico","status":"publish","type":"page","link":"https:\/\/fisicaevestibular.com.br\/novo\/fisica-moderna\/efeito-fotoeletrico\/","title":{"rendered":"Efeito fotoel\u00e9trico"},"content":{"rendered":"

Efeito fotoel\u00e9trico<\/span><\/p>\n

\"\" A F\u00edsica cl\u00e1ssica, das leis que regem os a Cinem\u00e1tica, a Din\u00e2mica, a \u00d3ptica, a
\nOndulat\u00f3ria, o Eletromagnetismo, etc. que explicam o funcionamento dos nossos aparelhos el\u00e9tricos e eletr\u00f4nicos, dos carros, trens, e que s\u00e3o partes importantes e relevantes da F\u00edsica, continua sendo v\u00e1lida, precisa, e at\u00e9 sendo aperfei\u00e7oada. No entanto, s\u00f3 \u00e9 aplic\u00e1vel dentro de determinados limites.<\/p>\n

Mas, quando voc\u00ea quer resolver problemas que envolvam ordens de grandeza na descri\u00e7\u00e3o da natureza, de ordens muito pequenas (micro) at\u00e9 ordens muito elevadas (macro) deve-se recorrer \u00e0 f\u00edsica moderna cuja evolu\u00e7\u00e3o, a partir do s\u00e9culo XIX e in\u00edcio de XX se tornaram vertiginosa, teoricamente e tecnologicamente.<\/p>\n

Gra\u00e7as a ela surgiram in\u00fameras descobertas cient\u00edficas em todos os ramos da f\u00edsica, desde a medicina at\u00e9 a f\u00edsica at\u00f4mica e nuclear, que est\u00e3o sendo utilizadas no benef\u00edcio da humanidade.<\/p>\n

Algumas, dentre as in\u00fameras: Telefones celulares, micro computadores, c\u00e2meras digitais, transmiss\u00e3o de sons e imagens em<\/p>\n

\"\" \"\" \"\" \"\"<\/p>\n

\"\" \"\" \"\"<\/p>\n

tempo real atrav\u00e9s de sat\u00e9lites artificiais, c\u00e9lulas fotoel\u00e9tricas, raios X, ultra-sons, resson\u00e2ncia magn\u00e9tica, cirurgias a laser, inje\u00e7\u00e3o eletr\u00f4nica nos carros, etc.<\/p>\n

Devido ao fato de a F\u00edsica Moderna estar muito relacionada com o funcionamento de muitos aparelhos do cotidiano da maioria das pessoas, a introdu\u00e7\u00e3o do assunto no ensino m\u00e9dio \u00e9 muito interessante, e seu conte\u00fado est\u00e1 sendo exigido cada vez mais nos principais vestibulares do pa\u00eds.<\/p>\n

\"\" A F\u00edsica Moderna come\u00e7ou a ser pesquisada e desenvolvida no final do s\u00e9culo XIX e
\nin\u00edcio do s\u00e9culo XX, principalmente nas tr\u00eas primeiras d\u00e9cadas do s\u00e9culo passado, principalmente atrav\u00e9s da teoria da relatividade proposta por Albert Einstein e a teoria<\/p>\n

\"\" \"\"<\/p>\n

qu\u00e2ntica proposta por Max Planck. Toda essa teoria j\u00e1 resultou, no final do s\u00e9culo XX, em toda tecnologia conhecida hoje.<\/p>\n

Atualmente a tentativa \u00e9 unificar a teoria da relatividade com a teoria da mec\u00e2nica qu\u00e2ntica na tend\u00eancia de explicar o Universo, do extremamente grande ao infinitamente
\npequeno.<\/p>\n


\nOndas eletromagn\u00e9ticas<\/span><\/span><\/p>\n

\"*\" Ondas eletromagn\u00e9ticas<\/b> – Quando um condutor \u00e9 percorrido por uma corrente el\u00e9trica ele origina ao seu redor um campo magn\u00e9tico que s\u00f3 existe enquanto houver corrente. Assim, um campo magn\u00e9tico deve gerar tamb\u00e9m um campo el\u00e9trico. Quando um desses campos varia, o outro tamb\u00e9m sofre varia\u00e7\u00e3o. Baseado nesse fen\u00f4meno, James Clerk Maxwell (1831-1879) concluiu<\/p>\n

\"\"<\/p>\n

que, se um campo el\u00e9trico vari\u00e1vel faz surgir um campo magn\u00e9tico vari\u00e1vel, este deve fazer surgir um outro campo el\u00e9trico vari\u00e1vel e assim por diante. Esse encadeamento, atrav\u00e9s do espa\u00e7o de campos el\u00e9tricos e magn\u00e9ticos constitui as ondas eletromagn\u00e9ticas.
\n<\/b><\/p>\n

Atrav\u00e9s de seus estudos te\u00f3ricos para a fundamenta\u00e7\u00e3o do eletromagnetismo Maxwell consegui determinar conseguiu obter o valor da velocidade da luz (onda eletromagn\u00e9tica) no v\u00e1cuo como sendo de v=3,0.108<\/sup>m\/s.<\/p>\n

Somente oito anos depois da morte de Maxwell, em 1887, Heinrich Rudolf Hertz (1857-1894), em uma s\u00e9rie de experimentos conseguiu produzir essas ondas eletromagn\u00e9ticas, (tamb\u00e9m chamadas de ondas hertzianas em sua homenagem) e, confirmando as previs\u00f5es te\u00f3ricas de Maxwell, permitiu o nascimento de uma nova era tecnol\u00f3gica: a da transmiss\u00e3o de informa\u00e7\u00e3o atrav\u00e9s de ondas eletromagn\u00e9ticas. A partir da\u00ed, o desenvolvimento das tecnologias permitiu tirar delas todos os imensos benef\u00edcios que hoje desfrutamos e que iremos desfrutar.<\/p>\n


\nEfeito fotoel\u00e9trico<\/span><\/span><\/p>\n

\"*\" Efeito fotoel\u00e9trico<\/b> – Heinrich Rudolf Hertz, em 1887, detectou e gerou em laborat\u00f3rio, em uma s\u00e9rie de<\/p>\n

\"\"<\/b><\/p>\n

experi\u00eancias que, quando a luz<\/b> (onda eletromagn\u00e9tica, radia\u00e7\u00e3o eletromagn\u00e9tica) de freq\u00fc\u00eancia suficientemente alta incide sobre a superf\u00edcie de um metal, ela pode retirar el\u00e9trons do mesmo<\/b>. Esse fen\u00f4meno ficou conhecido como efeito fotoel\u00e9trico. <\/b><\/p>\n

\"\"A figura abaixo ilustra uma experi\u00eancia simples que permite observar o efeito fotoel\u00e9trico. No interior da ampola de vidro<\/p>\n

\"\"<\/p>\n

existe v\u00e1cuo e entre as placas A e B existe uma diferen\u00e7a de potencial vari\u00e1vel U=VA<\/sub> \u2013 VB<\/sub>.
\nSem a incid\u00eancia de radia\u00e7\u00e3o eletromagn\u00e9tica, n\u00e3o existe corrente el\u00e9trica no circuito. Com a incid\u00eancia de radia\u00e7\u00e3o eletromagn\u00e9tica na placa B, mantida num potencial el\u00e9trico menor que a placa A, surge uma corrente el\u00e9trica (movimento ordenado de el\u00e9trons que s\u00e3o extra\u00eddos da placa B), e que \u00e9 medida pelo galvan\u00f4metro (amper\u00edmetro).<\/p>\n

\"\" Outra experi\u00eancia simples que demonstra a exist\u00eancia do efeito fotoel\u00e9trico<\/b> \u2013 Quando um bast\u00e3o eletrizado com cargas, por exemplo, negativas \u00e9 encostado na esfera do eletrosc\u00f3pio que estava neutro (hastes fechadas), o bast\u00e3o transfere cargas ao eletrosc\u00f3pio, eletrizando-o e abrindo as hastes de determinado \u00e2ngulo.<\/p>\n

\"\"<\/p>\n

Em seguida, se voc\u00ea fizer incidir radia\u00e7\u00e3o eletromagn\u00e9tica (por exemplo, luz) sobre a esfera do eletrosc\u00f3pio, o \u00e2ngulo entre as duas hastes diminui, assinalando uma diminui\u00e7\u00e3o da carga em excesso no eletrosc\u00f3pio devido \u00e0 emiss\u00e3o de el\u00e9trons causada pelo efeito fotoel\u00e9trico.<\/p>\n

\"\" Foi Albert Einstein que explicou corretamente o efeito fotoel\u00e9trico em 1921, recebendo por isso o pr\u00eamio Nobel da F\u00edsica. Segundo Einstein a energia de qualquer radia\u00e7\u00e3o luminosa (inclusive luz) n\u00e3o se espalha uniforme e continuamente pelo espa\u00e7o mas, sim, concentrada em pequenos \u201cpacotes\u201dque carregam uma quantidade bem definida de energia. Cada um desses pacotes \u00e9 denominado quantum<\/b> de energia e esse modelo constru\u00eddo por Einstein recebeu o nome de teoria dos quanta. <\/b>Quanta, em latim \u00e9 plural
\nde quantum, que significa \u201cquantidade\u201d.<\/p>\n

Esses quanta <\/b>de energia radiante foram denominados de f\u00f3tons. <\/b>A energia (W) desses
\nquanta (f\u00f3tons) \u00e9 fornecida pela express\u00e3o:<\/p>\n

\"\"<\/b><\/p>\n

Em especial, o efeito fotoel\u00e9trico \u00e9 interpretado como a absor\u00e7\u00e3o de um f\u00f3ton pela mat\u00e9ria, levando \u00e0 eje\u00e7\u00e3o de um el\u00e9tron.<\/p>\n

Os el\u00e9trons que giram \u00e0 volta do n\u00facleo s\u00e3o a\u00ed mantidos por for\u00e7as de atra\u00e7\u00e3o. Se eles receberem energia suficiente (energia m\u00ednima de extra\u00e7\u00e3o), eles abandonar\u00e3o as suas \u00f3rbitas. O efeito fotoel\u00e9trico s\u00f3 surge se o metal receber um feixe de radia\u00e7\u00e3o com
\nenergia superior \u00e0 energia m\u00ednima de remo\u00e7\u00e3o dos el\u00e9trons do metal, provocando a sua sa\u00edda das \u00f3rbitas o que pode ocorrer sem energia cin\u00e9tica (se a energia da radia\u00e7\u00e3o for igual \u00e0 energia de remo\u00e7\u00e3o) ou com energia cin\u00e9tica, se a energia da radia\u00e7\u00e3o exceder a energia de remo\u00e7\u00e3o dos el\u00e9trons.<\/p>\n

Essa energia m\u00ednima para extrair um el\u00e9tron <\/b>da placa met\u00e1lica \u00e9 denominada fun\u00e7\u00e3o trabalho <\/b>e est\u00e1 relacionada com o tipo de metal utilizado. <\/b>Se a energia do f\u00f3ton que incide (h.f) for maior que a fun\u00e7\u00e3o trabalho (W) a energia em excesso ser\u00e1 energia cin\u00e9tica (Ec<\/sub>), de modo que — W=h.f \u2013 Ec — denominada equa\u00e7\u00e3o fotoel\u00e9trica de Einstein..<\/b><\/p>\n

\"\"<\/p>\n

\"\" A figura abaixo mostra o gr\u00e1fico da energia cin\u00e9tica do el\u00e9tron extra\u00eddo em fun\u00e7\u00e3o da
\nfrequ\u00eancia da radia\u00e7\u00e3o (f\u00f3ton, cor) incidente, para uma mesma placa met\u00e1lica (c\u00e9lula fotoel\u00e9trica).<\/p>\n

\"\"<\/p>\n

fo<\/sub> \u00e9 a freq\u00fc\u00eancia m\u00ednima (frequ\u00eancia de corte) necess\u00e1ria para produzir o efeito fotoel\u00e9trico. Se f=fo<\/sub> o el\u00e9tron \u00e9 liberado, mas sua energia cin\u00e9tica \u00e9 nula. Para
\nfreq\u00fc\u00eancias inferiores a fo<\/sub> o fen\u00f4meno n\u00e3o ocorre.
\nPor\u00e9m, para valores superiores a fo<\/sub>, o n\u00famero de el\u00e9trons arrancados \u00e9 diretamente proporcional \u00e0 intensidade da radia\u00e7\u00e3o eletromagn\u00e9tica incidente, ou seja, aumentando a intensidade da radia\u00e7\u00e3o (freq\u00fc\u00eancia, cor) incidente no metal, aumenta-se o n\u00edvel energ\u00e9tico dos f\u00f3tons incidentes, aumentando assim n\u00famero de el\u00e9trons arrancados.<\/p>\n

\"\" Observe no gr\u00e1fico que, para a mesma placa (mesmo fo<\/sub>), \u00e0 medida que a freq\u00fc\u00eancia (cor, n\u00edvel energ\u00e9tico) da radia\u00e7\u00e3o incidente aumenta, a energia cin\u00e9tica dos el\u00e9trons emitidos tamb\u00e9m aumenta. Mas, para a mesma freq\u00fc\u00eancia f (cor, n\u00edvel energ\u00e9tico) a energia cin\u00e9tica dos el\u00e9trons emitidos \u00e9 sempre a mesma, pois, Ec<\/sub> = hf \u2013 W=h.f \u2013 h.fo<\/sub> = constante1 <\/sub>\u2013 constante2<\/sub>=constante.<\/p>\n

\"\" Algumas das muitas utilidades pr\u00e1ticas do efeito fotoel\u00e9trico.<\/p>\n

\"\" \"\" \"\" \"\" \"\"<\/p>\n

Dualidade da luz<\/span><\/span><\/p>\n

\"*\" Quando a luz interage com a mat\u00e9ria atrav\u00e9s de absor\u00e7\u00e3o, emiss\u00e3o, choques, etc., ela se comporta como part\u00edcula, mas para os fen\u00f4menos referentes \u00e0 sua propaga\u00e7\u00e3o, reflex\u00e3o, refra\u00e7\u00e3o, interfer\u00eancia, etc., ela se comporta como onda.<\/p>\n

O f\u00edsico franc\u00eas Louis de Broglie apresentou, em 1924, a seguinte hip\u00f3tese que, depois, em 1927 foi comprovada<\/p>\n

\"\"<\/p>\n

experimentalmente: \u201cpart\u00edculas tamb\u00e9m possuem propriedades ondulat\u00f3rias\u201d — das equa\u00e7\u00f5es E=m.c2
\n<\/sup>— c \u2013 velocidade da luz no v\u00e1cuo
\n— E=h.f
\n— c=\u03bbf
\n— f=c\/\u03bb
\n— mc2<\/sup>=hf
\n— mc2<\/sup>=hc\/\u03bb
\n— \u03bb=h\/mc
\n<\/b> — mc=Q \u2013 quantidade de movimento
\n— a quantidade de movimento Q=m.v evidencia o car\u00e1ter corpuscular da luz enquanto que o comprimento de onda \u03bb evidencia seu car\u00e1ter ondulat\u00f3rio.<\/p>\n

As naturezas ondulat\u00f3ria e corpuscular da luz s\u00e3o complementares e n\u00e3o antag\u00f4nicas<\/p>\n

O que voc\u00ea deve saber<\/span><\/span><\/p>\n

\"*\" <\/span>Observe na tabela abaixo que a frequ\u00eancia e consequentemente o n\u00edvel de energia dos f\u00f3tons aumenta do vermelho para o Violeta<\/p>\n

\"\"<\/p>\n

\"*\"<\/span><\/p>\n

\"\"<\/p>\n

\"*\" <\/span>A figura abaixo mostra o gr\u00e1fico da energia cin\u00e9tica do el\u00e9tron extra\u00eddo em fun\u00e7\u00e3o da frequ\u00eancia da radia\u00e7\u00e3o (f\u00f3ton, cor) incidente, para uma mesma placa met\u00e1lica (c\u00e9lula fotoel\u00e9trica).<\/p>\n

\"\"<\/p>\n

fo<\/sub> \u00e9 a freq\u00fc\u00eancia m\u00ednima (frequ\u00eancia de corte) necess\u00e1ria para produzir o efeito fotoel\u00e9trico. Se f=fo<\/sub> o el\u00e9tron \u00e9 liberado, mas sua energia cin\u00e9tica \u00e9 nula. Para freq\u00fc\u00eancias inferiores a fo<\/sub> o fen\u00f4meno n\u00e3o ocorre.<\/p>\n

\"*\" <\/span>Os el\u00e9trons s\u00e3o emitidos imediatamente. N\u00e3o existe atraso de tempo entre a incid\u00eancia da luz e a emiss\u00e3o dos el\u00e9trons.<\/p>\n

\"*\"<\/span> Para uma mesma placa met\u00e1lica (c\u00e9lula fotoel\u00e9trica), quando se aumenta a intensidade (freq\u00fc\u00eancia, n\u00edvel energ\u00e9tico, cor) da luz (radia\u00e7\u00e3o) incidente o n\u00famero de el\u00e9trons emitidos aumenta.<\/p>\n

\"*\"<\/span> Para uma mesma placa met\u00e1lica (c\u00e9lula fotoel\u00e9trica), quando se incide radia\u00e7\u00e3o (cor) de mesma frequ\u00eancia (n\u00edvel energ\u00e9tico), a energia cin\u00e9tica dos el\u00e9trons emitidos \u00e9 sempre a mesma, pois, Ec<\/sub> = hf \u2013 W=h.f \u2013 h.fo<\/sub> =constante1<\/sub> \u2013 constante2<\/sub>= =constante.<\/p>\n

\"*\"<\/span> A emiss\u00e3o e a energia dos el\u00e9trons arrancados dependem da freq\u00fc\u00eancia e n\u00e3o da intensidade da radia\u00e7\u00e3o eletromagn\u00e9tica incidente.<\/p>\n

\"*\"<\/span> A energia cin\u00e9tica m\u00e1xima \u00e9 fornecida pela express\u00e3o Ec<\/sub>=e.Vo<\/sub> (e \u2013 carga de 1 el\u00e9tron
\ne Vo<\/sub> \u2013 potencial de corte)<\/p>\n

\"*\"<\/span> O potencial de corte \u00e9 o mesmo qualquer que seja a intensidade da radia\u00e7\u00e3o eletromagn\u00e9tica incidente.<\/p>\n

\"*\"<\/span> A energia cin\u00e9tica do el\u00e9tron emitido \u00e9 dada pela equa\u00e7\u00e3o Ec = \u00bd mv\u00b2 = hf \u2013 W, em que o termo hf \u00e9 a energia cedida ao el\u00e9tron pela luz, sendo h a constante de Planck e f a frequ\u00eancia da luz incidente. O termo W<\/b> \u00e9 a energia que o el\u00e9tron tem que adquirir para poder sair do material, e \u00e9 chamado fun\u00e7\u00e3o trabalho <\/b>do metal.<\/p>\n

\"*\"<\/span> Sendo C a velocidade da luz no v\u00e1cuo (C=3,0.108<\/sup>m\/s), \u03bb o comprimento de onda da radia\u00e7\u00e3o (luz) do f\u00f3ton incidente e f a freq\u00fc\u00eancia da onda (luz, el\u00e9trons) emitida, tem-se
\n— C=\u03bbf — W=h.f — W=h.C\/\u03bb<\/b> — observe nessa express\u00e3o que, como h e C s\u00e3o constantes, a energia do f\u00f3ton (quantum) necess\u00e1ria para liberar el\u00e9trons (emitir luz) \u00e9\u00a0 inversamente proporcional ao comprimento de onda. Assim, como, por exemplo, a cor vermelha tem baixa freq\u00fc\u00eancia (ou grande comprimento de onda \u03bb), os f\u00f3tons de luz vermelha t\u00eam baixa energia e n\u00e3o conseguem arrancar el\u00e9trons. Mas, a cor azul (pequeno comprimento de onda e grande frequ\u00eancia), possui mais energia e consegue arrancar el\u00e9trons.<\/p>\n

\"*\"<\/span> A luz tem car\u00e1ter dual: os fen\u00f4menos de reflex\u00e3o, refra\u00e7\u00e3o, interfer\u00eancia, difra\u00e7\u00e3o e polariza\u00e7\u00e3o da luz podem ser explicados pela teoria ondulat\u00f3ria e os de emiss\u00e3o e absor\u00e7\u00e3o podem ser explicados pela teoria corpuscular.<\/span><\/b><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Efeito fotoel\u00e9trico A F\u00edsica cl\u00e1ssica, das leis que regem os a Cinem\u00e1tica, a Din\u00e2mica, a \u00d3ptica, a Ondulat\u00f3ria, o Eletromagnetismo, etc. que explicam o funcionamento dos nossos aparelhos el\u00e9tricos e eletr\u00f4nicos, dos carros, trens, e que s\u00e3o partes importantes e relevantes da F\u00edsica, continua sendo v\u00e1lida, precisa, e at\u00e9 sendo aperfei\u00e7oada. No entanto, s\u00f3 \u00e9 aplic\u00e1vel dentro de determinados limites.<\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":0,"parent":125,"menu_order":0,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","template":"","meta":{"om_disable_all_campaigns":false,"_monsterinsights_skip_tracking":false,"_monsterinsights_sitenote_active":false,"_monsterinsights_sitenote_note":"","_monsterinsights_sitenote_category":0,"footnotes":""},"class_list":["post-229","page","type-page","status-publish","hentry"],"aioseo_notices":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/fisicaevestibular.com.br\/novo\/wp-json\/wp\/v2\/pages\/229","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/fisicaevestibular.com.br\/novo\/wp-json\/wp\/v2\/pages"}],"about":[{"href":"https:\/\/fisicaevestibular.com.br\/novo\/wp-json\/wp\/v2\/types\/page"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/fisicaevestibular.com.br\/novo\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/fisicaevestibular.com.br\/novo\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=229"}],"version-history":[{"count":2,"href":"https:\/\/fisicaevestibular.com.br\/novo\/wp-json\/wp\/v2\/pages\/229\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":10719,"href":"https:\/\/fisicaevestibular.com.br\/novo\/wp-json\/wp\/v2\/pages\/229\/revisions\/10719"}],"up":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/fisicaevestibular.com.br\/novo\/wp-json\/wp\/v2\/pages\/125"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/fisicaevestibular.com.br\/novo\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=229"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}