PRÁTICA DE ENSINO DE FÍSICA MODERNA
O Efeito Fotoelétrico
Um pouco da história
O efeito fotoelétrico foi observado inicialmente por Heinrich Hertz entre 1886 e 1887. Em suas atividades ele verificou que uma descarga elétrica entre dois eletrodos(1) ocorre mais facilmente quando incide sobre eles luz ultravioleta, isso ocorre devido a emissão de elétrons da superfície de catodo(2), ao que se chamou de efeito fotoelétrico [1].
(4) Energia cinética é a energia que os corpos, no caso os elétrons, possuem quando estão em movimento.
Figura 02: Efeito fotoelétrico.
Fonte:https://dfte.ufrn.br/caio/index.html
O efeito fotovoltaico ou efeito fotoelétrico é a emissão/ejeção de elétrons da superfície de determinado material, devido a incidência de luz (ondas eletromagnéticas) ou radiação [4].
Mas como isso acontece?
A energia presente nas ondas eletromagnéticas é absorvida pelos elétrons que orbitam em torno do átomo, que, mesmo sofrendo forças de atração, ao adquirirem energia suficiente, abandonam seus orbitais, sendo liberados do material. A energia cinética (4) desses elétrons retirados do material corresponde ao excesso de energia em sua remoção [4].
Utilizando um simulador, podemos observar a representação de como se comporta a emissão de elétrons de acordo com o comprimento de onda e intensidade da luz selecionado no simulador.
Figura 01: Heinrich Hertz
Fonte:https://pt.wikipedia.org/wiki/Heinrich_Hertz
(2) Catodo é um eletrodo com polo positivo, de onde sai corrente elétrica e para onde os elétrons convergem.
(1) Eletrodo é um condutor de corrente elétrica com polo positivo ou negativo.
A partir do efeito fotoelétrico foi possível perceber que a energia com que os elétrons eram emitidos da superfície do material dependia da frequência da radiação incidente; que o aumento da intensidade fazia com que um número maior de elétrons fossem ejetados; e, que os elétrons eram emitidos instantaneamente do material [4].
Considerando que neste momento histórico era aceita apenas a natureza ondulatória da luz, muitas das características observadas não puderam ser completamente compreendidas.
Para saber mais sobre a realização deste experimento e conhecer algumas das hipóteses discutidas pelos estudiosos da época, assista:
“A ideia do quantun”
Em 1905, Einstein propôs uma nova teoria a respeito da natureza da luz, a teoria corpuscular, onde considera que a luz, assim como todas as ondas eletromagnéticas, são formadas por pequenos pacotes de energia chamados de fótons (3). Cada fóton atinge um único elétron, para o qual transfere toda sua energia, que é dada pela equação de Planck, descrita anteriormente [4].
Se você assistiu o vídeo deve estar se perguntando: qual a relação entre as observações de Heinrich Hertz e as conclusões de Albert Einstein?
(3) Fóton pode ser considerado como a menor porção existente da radiação eletromagnética.
Como acontece o efeito fotolelétrico
Assim sendo, quando a radiação incide sobre uma placa de metal como o esquema da Figura 01, por exemplo, dela são retirados alguns elétrons.
É importante destacar que para essa ocorrência é necessário que a energia dos fótons incidentes seja maior que a energia que liga o elétron ao núcleo. A energia mínima para que o efeito fotoelétrico ocorra é chamada de função trabalho, possuindo um valor específico para cada material [4].
Caso a intensidade dessa radiação que incide sobre o material seja aumentada
gradativamente, para muito além da função trabalho, ocorre a absorção contínua da energia de radiação incidente até o salto de todos os elétrons. A absorção da energia continua, sendo direcionada agora para o núcleo atômico. Se a energia da radiação incidente superar a energia de ligação dos núcleons (prótons e nêutrons do núcleo), ocorrerá o fenômeno chamado de ablação, a separação de todas as partículas que compõe o átomo [5].
Vamos ver como funciona?
Que tal uma revisão?
Agora vamos pensar um pouco...
Figura 03: Lâmpadas de iluminação pública.
Fonte: http://www.a12.com/radio-aparecida/noticias/detalhes/lorena-anuncia-licitacao-para-manutencao-da-iluminacao-publica