INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE SERGIPE CAMPUS LAGARTO COORDENADORIA DE LICENCIATURA EM FÍSICA

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INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE SERGIPE CAMPUS LAGARTO

COORDENADORIA DE LICENCIATURA EM FÍSICA

RELATÓRIO 2: Efeito Fotoelétrico

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INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE SERGIPE CAMPUS LAGARTO

COORDENADORIA DE LICENCIATURA EM FÍSICA

CRISTIANO DOS SANTOS VIEIRA

RELATÓRIO 2: Efeito Fotoelétrico

Relatório apresentado no curso de Física do Instituto Federal de Sergipe – IFS como um dos pré-requisitos para a obtenção da nota parcial da disciplina Física Moderna I Experimental, sob a orientação do professor Dr. Paulo Jorge Ribeiro Montes.

Lagarto – SE

12 de março de 2020

SUMÁRIO

I. INTRODUÇÃO…………………………………………………………………………...04

II. OBJETIVO……………………………………………………………………………….07

III. MATERIAIS E PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL……………………………..08

        III.1. MATERIAIS…………………………………………………………………..08

        III.2. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL……………………………………..08

IV. RESULTADOS E DISCUSSÕES……………………………………………………….09

V. CONCLUSÃO…………………………………………………………………………….16

VI. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS…...……………………..………………....…..17

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1. INTRODUÇÃO

        Para estudar um fenômeno bastante importante é preciso sabermos primeiramente a sua definição, ou seja, conhecê-lo. O efeito fotoelétrico é basicamente, a incidência de luz sobre uma superfície e por esse fato, consegue injetar elétrons dessa superfície. Outro fator a se destacar nesse fenômeno é a tensão reversa, que consiste na inversão da polaridade da tensão entre as placas, sendo está aumentada continuamente encontraremos um valor Vo, onde a corrente fotoelétrica será nula, chamando esse fato de tensão de corte, sendo que esta varia conforme o comprimento de onda. Outro marco importante do efeito é como os elétrons conseguem atravessar a superfície e remover os elétrons do metal que se dá por uma energia característica, chamada de função trabalho.

        A humanidade desde muitos anos buscou entender e explicar o mundo em que vivemos, dentre os principais povos interessados em compreender e explicar os fenômenos naturais estão os gregos, que influenciaram a partir da sua compreensão de mundo durante muitos séculos.  Só a partir do final do século XVIII, que surgiram os experimentos relacionados aos fenômenos elétricos e magnéticos, sendo este o ponta pé inicial para o grande avanço da ciência nessa área ajudando assim na melhoria da condição de vida das pessoas. [1]

        Perante o exposto, os cientistas se dedicaram ao estudo dos fenômenos eletromagnéticos procurando descrever e compará-lo com a luz. Em 1820, Oersted descobriu a relação existente entre a eletricidade e o magnetismo, fornecendo importante contribuição para o estudo desse fenômeno, baseado nos resultados de Faraday, Lenz Ampère e dentre outros estudiosos. [2]

        Em seguida, o físico escocês James Clerk Maxwell, propôs em 1863, um resumo das relações entre os campos elétrico e magnético, apresentando quatro equações para demostrar que esses campos “viajavam” na velocidade da luz. Com isso, Maxwell conseguiu unir dois campos da física o Eletromagnetismo e a óptica, que eram consideradas distintas. As equações de Maxwell sugerem a existência de ondas eletromagnéticas, que movimentam através dielétricos, baseado em grande parte, em cima das linhas de força de Faraday. Foi essa a sugestão que Hertz decidiu testar experimentalmente. [2]

        Foi no ano de 1886 á 1887 que Hertz realizou o experimento e descobriu que uma descarga elétrica entre dois eletrodos gerava mais facilmente quando se incidia uma luz ultravioleta sobre um dos eletrodos, ele também percebeu que uma faísca proveniente de um dos eletrodos gerava uma faísca secundária do outro, como a mesma era difícil de ser observada, Hertz colocou uma proteção feita com material condutor ou isolante, afim de evitar a dispersão da luz. Todavia, a proteção causou uma diminuição da faísca secundária. Diante disso, o cientista realizou vários outros experimentos para resolver a problemática e após vários testes, concluiu que o fenômeno não era de natureza eletrostática, porque não havia diferença acerca do material utilizado na proteção. Por meio desse experimento o pesquisador confirmou sua ideia de que a luz gerava faísca e a existência de ondas eletromagnéticas, como também   a teoria de Maxwell sobre a propagação da luz. [3]

        

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Figura 1: Ilustração do experimento de Hertz. Fonte: [4]

        

        No ano seguinte, outros estudiosos influenciados pela descoberta de Hertz, propuseram que corpos metálicos ao serem incididos pela luz ultravioleta adquiriam carga positiva, para explicar esse fenômeno, Lenard e Wolf em um artigo sugeriu que a luz ultravioleta faria com que as partículas saíssem da superfície desse corpo. Outro marco importante foi a nomenclatura “efeito fotoelétrico” dada em março de 1888 pelo físico italiano Augusto Righi, um ano depois, Thomson postulou que esse efeito consistia na emissão de elétrons, para consolidar, foi realizado um experimento para demonstrar que o valor de e/m das partículas emitidas no efeito fotoelétrico era o mesmo que para os elétrons associados aos raios catódicos. Também concluiu que esta carga é da mesma ordem que a carga adquirida pelo átomo de hidrogênio na eletrólise de soluções. O valor de e encontrado por ele (6,8 x 10-10 esu) encontra-se muito perto do aceito atualmente (4,77 x 10-10 esu ou 1,60x10-19 C). [5]

        A explicação teórica desse efeito foi dada por Albert Einstein em 1905, a sua proposta foi semelhante à de Max Planck que em 1900, trabalhando em outro experimento, chamado de corpo negro, postulou que a energia era discreta ou quantizada, matematicamente falando:

E= h.ⱱ

Sendo: h: a constante de Planck e ⱱ: frequência

        Dessa forma, Einstein defendia que a ocorrência de ejeção imediata de elétrons da superfície a energia da radiação (ondas eletromagnéticas) estaria concentrada em pacotes (fótons) e não distribuída sobre a onda (previsão clássica). Demonstrou também que a velocidade com que os elétrons são ejetados não depende da quantidade de fótons emitidos, e sim da frequência que esses fótons possuem; relação que pode ser compreendida através da expressão a seguir.