Quando uma fonte de luz emite radiação eletromagnética em direção a uma superfície metálica carregada eletricamente, elétrons podem ser ejetados com alguma energia cinética.
b) 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

Beleza, vamos lá! O enunciado fala sobre o efeito fotoelétrico, onde a luz bate em uma superfície metálica e joga elétrons para fora com certa energia. A matéria envolvida aqui é a física quântica, especificamente como ela explica esse fenômeno. Para resolver, vamos precisar entender como a teoria quântica descreve a luz e como conceitos como energia, frequência e intensidade da luz foram reinterpretados por Einstein.

Passo 2

Primeiro, vamos entender o que é o efeito fotoelétrico. Quando a luz incide sobre um metal, ela pode expulsar elétrons desse metal. A energia desses elétrons depende da luz que está atingindo o metal.

Passo 3

Agora, vamos falar sobre a teoria quântica. Diferente da visão clássica, que vê a luz como ondas contínuas, a teoria quântica, proposta por Einstein, descreve a luz como sendo composta por pacotes de energia chamados fótons. Cada fóton tem uma energia específica relacionada à sua frequência.

Passo 4

A equação fundamental que Einstein propôs para relacionar a energia dos fótons é:
Aqui, é a energia do fóton, é a constante de Planck, e é a frequência da luz. Isso mostra que a energia depende diretamente da frequência da luz, e não da sua intensidade.

Passo 5

Segundo Einstein, para que um elétron seja ejetado do metal, a energia do fóton deve ser maior que a energia de ligação do elétron no metal, chamada de trabalho de extração ( ). Se a energia do fóton for maior, o excesso vira energia cinética do elétron:
é
Isso explica por que, abaixo de uma certa frequência, nenhum elétron é ejetado, independentemente da intensidade da luz.

Resposta

A teoria quântica explica o efeito fotoelétrico descrevendo a luz como composta por fótons, cada um com energia proporcional à sua frequência ( ). Einstein reinterpretou os conceitos dizendo que a energia dos elétrons ejetados depende da frequência da luz, não da intensidade. Assim, elétrons são expelidos apenas se a luz tiver frequência suficiente para superar o trabalho de extração, e a intensidade da luz está relacionada ao número de fótons, não à energia de cada um.

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Tentando comprovar o experimento do efeito fotoelétrico, expomos um eletroscópio carregado eletricamente (material desconhecido) à radiação ultravioleta (luz Negra). No entanto, o eletroscópio permaneceu carregado.
b) Calcule a energia dos fótons emitidos pela lâmpada. Utilize a equação do efeito fotoelétrico de Einstein para comparar este valor com a função trabalho do material
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