Einstein explicou o efeito fotoelétrico considerando que a luz é composta por partículas de energia
, onde
é a frequência da radiação. Explique como essa hipótese permitia compreender as observações experimentais de que apenas radiação com frequência acima de um dado valor resultava na emissão de elétrons e de que a energia dos elétrons emitidos depende apenas da frequência da radiação.
Passo 1
Beleza, vamos começar resumindo o que o exercício tá pedindo. A gente precisa entender como a ideia de Einstein de que a luz é feita de partículas com energia
ajuda a explicar dois pontos observados nos experimentos do efeito fotoelétrico:
- Só a luz com frequência acima de um certo valor consegue ejectar elétrons.
- A energia dos elétrons ejetados depende apenas da frequência da luz.
Para resolver isso, vamos precisar entender os conceitos de quantização de energia, frequência da luz, e como isso tudo se relaciona com a emissão de elétrons.
Passo 2
Primeiro, vamos falar sobre a ideia de que a luz é composta por partículas chamadas fótons, cada uma com uma energia específica dada pela fórmula
, onde
é a constante de Planck e
é a frequência da luz.
Isso significa que, ao invés de pensar na luz como uma onda contínua, a gente pensa nela como um monte de partículas individuais cada uma carregando uma quantidade de energia determinada pela frequência da luz.
Passo 3
Agora, vamos para o primeiro ponto: por que só luz com frequência acima de um certo valor consegue ejectar elétrons? Bem, cada material tem uma energia mínima que precisa para que um elétron escape, chamada de “função trabalho” (
). Se a energia de um fóton
for menor que
, ele não tem energia suficiente para soltar o elétron.
Então, só quando a frequência
da luz é alta o bastante para que
, o fóton tem energia suficiente para ejectar um elétron. Isso explica por que existe uma frequência mínima necessária para a emissão de elétrons.
Passo 4
Agora, sobre o segundo ponto: por que a energia dos elétrons ejetados depende apenas da frequência da luz? Quando um fóton com energia
atinge um elétron, parte dessa energia é usada para superar a função trabalho
, e o restante é convertido em energia cinética
do elétron.
Podemos expressar isso pela equação:
Isso mostra que a energia cinética do elétron depende somente da frequência
da luz e não da intensidade da luz. A intensidade da luz está relacionada ao número de fótons, mas não à energia de cada fóton individual.
Passo 5
Então, juntando tudo: a hipótese de Einstein de que a luz é feita de fótons com energia
explica porque só luz com frequência acima de um certo valor pode ejectar elétrons (pois precisa superar a função trabalho) e por que a energia dos elétrons emitidos depende apenas da frequência da luz (já que a energia cinética é a diferença entre a energia do fóton e a função trabalho).
Resposta
A hipótese de Einstein de que a luz é composta por fótons com energia
permite explicar que apenas radiação com frequência acima de um certo valor pode ejectar elétrons porque apenas fótons com energia suficiente conseguem superar a função trabalho do material. Além disso, a energia dos elétrons emitidos depende apenas da frequência da luz, já que a energia cinética dos elétrons é dada pela diferença entre a energia do fóton e a função trabalho, ou seja,
.
Exercícios relacionados
Um sal de um metal de peso atômico 196,99 foi eletrolisado durante cinco minutos por uma corrente de
, fornecendo um depósito de
do metal no cátodo. A partir dos dados, qual o número de oxidação do metal no sal?
Resp: número de oxidação
Resp: número de oxidação
Uma fonte de raio X emite radiação com frequência de
. Calcule o comprimento de onda dessa radiação e a energia de um fóton correspondente.
Explique porque os átomos emitem radiação apenas em certos valores de comprimento de onda.
No cátodo de uma cuba eletrolítica contendo solução de
, adaptou-se uma peça de automóvel para ser cromada. Durante 2,68 h, uma corrente de 3,0 A atravessou a cuba. Calcule o aumento da massa (em g) da peça.
Resp:
Resp: