O Efeito Fotoelétrico

[pic 1]UNIVERSIDADE FEDERAL DE MATO GROSSO

CAMPUS UNIVERSITÁRIO DO ARAGUAIA

INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA

LICENCIATURA EM FÍSICA
DISCIPLINA – ESTRUTURA DA MATÉRIA I

 

EFEITO FOTOELÉTRICO

Docente: Prof. Dr. Arian Paulo de A. Moraes

Discente: Jefferson Margraf Lopes

Barra do Garças – MT – 11 de novembro de 2018

EFEITO FOTOELÉTRICO

INTRODUÇÃO

O efeito fotoelétrico consiste na emissão de partículas carregadas (elétrons, íons) da superfície de um material, geralmente metálico, que absorva radiação eletromagnética (luz visível, ultravioleta, raios X, etc). A energia contida na luz incidente é absorvida pelos elétrons no metal que adquirem assim energia suficiente para serem ejetados da superfície do material.

HISTÓRICO DO EFEITO FOTOELÉTRICO NA TEORIA CLÁSSICA

• 1872 - Aleksandr Grigoryevich Stoletov (1839-1896) – Físico Russo

A primeira observação experimental sobre o efeito fotoelétrico, o experimento consistiu de: dois discos metálicos de 22 cm de diâmetro (um maciço e o outro em forma de rede) foram colocados verticalmente frente a um arco voltaico, unidos por intermédio de uma bateria elétrica e de um galvanômetro. Durante a iluminação (com luz ultravioleta provinda desse arco) do disco metálico maciço, unido ao pólo negativo da bateria, foi registrado uma corrente elétrica através do galvanômetro, quando a tensão entre os bornes da bateria se fixava em 0,01 volts.

Em 1888 desenvolveu um método experimental para estudar o efeito foto. Nesse trabalho, reuniu as experiências que realizou, nas quais observou que havia perda de carga elétrica negativa em um metal iluminado com luz ultravioleta. Observou que, iluminando a placa negativa de um condensador com esse tipo de luz, percebia-se uma corrente elétrica contínua em um circuito contendo esse condensador, cuja intensidade era proporcional à intensidade da luz incidente e à área iluminada. Investigando a relação entre essa foto-corrente e a diferença de potencial externa ao circuito considerado descobriu a existência de uma corrente de saturação. Essas são, portanto, as primeiras leis do efeito fotoelétrico.

• 1887 - Heinrich Rudolf Hertz (1857–1894) – Físico Alemão

O efeito fotoelétrico foi descoberto casualmente por quando verificava experimentalmente a existência de ondas eletromagnéticas previstas por James Clerk Maxwell.

Realizou experiências com osciladores que produziu radiações eletromagnéticas (micro-ondas ou ondas Hertzianas). O dispositivo era constituído de duas esferas metálicas, cada uma portadora de uma haste, tendo em sua extremidade uma outra esfera metálica, porém pequena, estando ambas as hastes ligadas por uma bobina de Rühmkorff e ao alimentar essa bobina com um circuito elétrico oscilante observou que havia faíscas (centelhas) entre as esferas metálicas, faíscas essas que deviam produzir uma radiação eletromagnética. Desse modo, usando um ressoador (fio grosso de cobre e circular e interrompido por um pequeno arco, tendo em uma de suas extremidades uma pequena esfera, e na outra, um parafuso que podia avançar ou recuar para controlar a abertura do circuito) Hertz encontrou o valor de 66 cm para o comprimento de onda daquela radiação. Foi por ocasião dessas experiências que Hertz observou que, quando a esfera negativamente eletrizada de seu oscilador era iluminada com luz ultravioleta, as centelhas surgiam mais facilmente.

• 1888 - Augusto Righi (1850-1920) – Físico Italiano

Percebeu que, quando dois eletrodos eram expostos a uma radiação ultravioleta, eles atuavam como um par voltaico. A esse fenômeno deu o nome de efeito fotoelétrico.

• 1888 - Wilhelm Ludwig Franz Hallwachs (1859-1922) – Físico Alemão

 

Formulou a hipótese de que uma placa condutora sobre a qual incide luz ultravioleta carrega-se positivamente em virtude dos elétrons serem arrancados. Isso acontecia com mais intensidade no selênio. O fenômeno é chamado hoje de Efeito Hallwachs. A explicação teórica desse efeito, que constitui a base das células fotoelétricas, foi realizada em 1905 por Albert Einstein, utilizando a teoria quântica de Max Planck.

Realizou experiências observou que uma placa de zinco descarregada e isolada, passava a carregar-se positivamente quando recebia radiação ultravioleta proveniente de uma lâmpada de quartzo. Em 1889 anunciou que outros metais [rubídio (Rb), potássio (K), sódio (Na), lítio (Li), magnésio (Mg) e tório (Th)] se comportavam como o zinco, quando iluminados com luz ultravioleta.

• 1893 - Johan Philipp Ludwig Julius Elster (1854-1920)

                        Hans Geitel (1855-1923)

                        Físicos Alemães

Criaram o primeiro fotodetector baseada no efeito fotoelétrico externo, que mais tarde foi usado em câmeras de televisão, entre outras aplicações. Em contraste, a operação de luxômetros, fotômetros e células solares é baseada em efeitos fotoelétricos internos.

• 1896 – Pieter Zeeman (1865-1943) – Físico Holandês

Confirmou experimentalmente as previsões que seu professor Lorentz fizera em 1895, da ação do campo magnético sobre as linhas espectrais. Em sua experiência, Zeeman usou uma bobina de Rühmkorff de corrente de 27 A e uma grade de difração de Rowland de 44.983 linha/polegadas. Com esse equipamento, observou que a linha D do sódio (Na) separava-se em três, quando uma amostra desse elemento químico era colocado na região de forte campo magnético. Este fenômeno ficou mundialmente conhecido como efeito Zeeman normal.

• 1899 - Joseph John Thomson (1856-1940) - Físico Britânico

Confirmou que a Luz UV causa a emissão de elétrons no experimento que colocou a superfície que será exposta à radiação em um tubo de vácuo (cátodo de um tubo de raios catódicos), raios catódicos serão ejetados do cátodo por ação da luz UV (ao invés de um alto campo elétrico).

Explicação da época: átomos do cátodo contém elétrons, que serão agitados e vibrarão por ação do campo elétrico oscilante da radiação incidente; eventualmente alguns elétrons serão libertados, e ejetados do cátodo.

Efeitos esperados: um aumento da intensidade de radiação agitará os elétrons mais violentamente, levando a uma maior quantidade de elétrons ejetados e que possuirão uma maior energia cinética (velocidade), em média; um aumento na frequência agitará os elétrons mais rapidamente, levando a uma ejeção mais rápida; uma luz muito fraca levará um tempo para agitar o elétron a uma amplitude de vibração suficiente para que seja ejetado, ou seja, é esperado um retardo na ejeção.