Descreva como a teoria quântica explica o efeito fotoelétrico (modelo científico). Como a luz é descrita neste modelo? Como os conceitos energia, frequência, intensidade da fonte de luz foram reinterpretados por Einstein?
Passo 1
Primeiro, vamos entender o que está sendo pedido. A questão pede para descrever como a teoria quântica explica o efeito fotoelétrico, detalhar como a luz é descrita nesse modelo e como Einstein reinterpretou os conceitos de energia, frequência e intensidade da luz. Vamos precisar entender os fundamentos da teoria quântica, especialmente os conceitos relacionados aos fótons e à interação luz-matéria.
Passo 2
O efeito fotoelétrico é um fenômeno onde elétrons são ejetados de um material quando ele é exposto à luz. Antes da teoria quântica, pensava-se que a luz se comportava apenas como uma onda contínua. No entanto, experimentos mostraram que há certas discrepâncias que a teoria clássica não consegue explicar.
Passo 3
A teoria quântica, proposta por Albert Einstein, sugere que a luz é composta por partículas chamadas fótons. Cada fóton tem uma energia específica relacionada à sua frequência pela fórmula:
onde
é a energia do fóton,
é a constante de Planck e
é a frequência da luz.
Passo 4
No modelo quântico, a energia dos elétrons é fornecida pelos fótons individuais. Se a energia de um fóton for suficiente para superar a função de trabalho do material (a energia mínima necessária para ejetar um elétron), o elétron será emitido. Isto explica por que a luz de uma determinada frequência pode ejetar elétrons, independentemente da intensidade da luz.
Passo 5
Einstein reinterpretou os conceitos clássicos da seguinte forma:
- Energia: Em vez de a energia da luz ser proporcional à sua intensidade, a energia é quantizada e depende da frequência dos fótons.
- Frequência: A frequência determina a energia de cada fóton. Frequências mais altas correspondem a fótons com mais energia.
- Intensidade da Fonte de Luz: A intensidade está relacionada ao número de fótons. Uma intensidade maior significa mais fótons incidentes por segundo, aumentando o número de elétrons ejetados, mas não a energia de cada elétron.
Resposta
A teoria quântica explica o efeito fotoelétrico propondo que a luz é composta por partículas chamadas fótons, cada uma com energia
. Einstein reinterpretou os conceitos clássicos ao afirmar que a energia da luz depende da frequência dos fótons, a frequência determina a energia de cada fóton, e a intensidade da luz está relacionada ao número de fótons. Assim, elétrons são ejetados de um material quando a energia de um fóton individual supera a função de trabalho do material, explicando as observações que a teoria clássica não conseguia.
Exercícios relacionados
Uma força
atua sobre uma partícula que se desloca por
. (a) Qual o trabalho da força sobre a partícula? (b) qual o ângulo entre a força e o deslocamento da partícula?
Utilize o conceito de paradigma de Thomas Kuhn para explicar:
- O apoio da comunidade científica à hipótese de Lenard.
- A pouca influência desta comunidade sobre a teoria dos quantas de luz de Einstein.
A frase abaixo ilustra o conceito de revolução científica, proposto por Thomas Kuhn, no efeito fotoelétrico. Qual foi neste caso a mudança de paradigma?
[…] ousada, para não dizer imprudente, a hipótese de um corpúsculo de luz eletromagnética de energia h.f,[…] porque ela contraria completamente os fatos estabelecidos de interferência
[…] ousada, para não dizer imprudente, a hipótese de um corpúsculo de luz eletromagnética de energia h.f,[…] porque ela contraria completamente os fatos estabelecidos de interferência
Descreva como a física clássica (teoria eletromagnética) explica o efeito fotoelétrico (modelo científico). Como a luz é descrita neste modelo? Utilize os conceitos de amplitude do campo elétrico, intensidade da fonte de luz na sua explicação.