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?
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:
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.
Exercícios relacionados
Trace as projeçòes da curva sobre os três planos coordenados. Use essas projeções para auxiliá-lo a esboçar a curva.
19.
19.
O efeito fotoelétrico foi observado inicialmente por Heinrictr Hertz nos experimentos que buscavam confirmar a relação entre eletromagnetismo e óptica. Duas teorias buscaram explicar o fenômeno: Hipótese do gatilho (Lenard Phillip) e teoria dos quanta de luz (A. Einstein)
c) 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
c) 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
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
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
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.
a) Faça uma estimativa dos valores do comprimento de onda da lâmpada UV e da função trabalho do material do eletroscópio.
a) Faça uma estimativa dos valores do comprimento de onda da lâmpada UV e da função trabalho do material do eletroscópio.