FÍSICA MODERNA I AULA 05

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1 Uiversiae e São Paulo Istituto e Física FÍSICA MODERNA I AULA 05 Profa. Márcia e Almeia Rizzutto Pelletro sala 220 rizzutto@if.usp.br 1o. Semestre e 2015 Moitor: Gabriel M. e Souza Satos Págia o curso: 11/03/2015

2 e kt kt T T T. 1 8 ) (. 8 ) (. 8 ) ( / Teoria e Plack: Deve ser a fução que Wie procurava A esiae e eergia a caviae, em fução a frequêcia ou o comprimeto e oa é aa por: Escreveo =h e =c c é a velociae a luz h = costate e Plack h=6,23x10-34 J.s ou 4,14x10-15.s e h c c e ch c kt h T kt h T. 1 8 ) (. 1 8 ) ( / / 5 5 e hc kt hc T. 1 8 ) ( / 5

3 Exercícios: 1) De acoro com a Lei e Plack, qual é a eergia méia e um oscilaor cuja eergia é kt? 2) Use a lei e Plack para mostrar que a esiae total e eergia e um corpo egro é proporcioal a T 4 como afirma a Lei e Stefa-Boltzma

4 Efeito Foto-elétrico Quao a raiação eletromagética icie sobre um material há emissão e elétros Este é o chamao efeito foto-elétrico Este efeito foto-elétrico cotraiz as previsões a teoria oulatória (puramete) a raiação eletromagética (clássica)

5 Cotraições a física oulatória clássica: A eergia o foto-elétro epee a freqüêcia a raiação iciete Ec ~ Existe uma freqüêcia e corte para a raiação eletromagética, abaixo esta ão ocorre efeito foto-elétrico Freqüêcia e corte epee o material a superfície emissora

6 Teoria Quâtica A quatização e eergia é postulao por Eistei em 1905 teoria corpuscular a luz Propôs que a raiação eletromagética é composto e pacotes e eergia ou fótos. A eergia E e caa fóto é proporcioal a freqüêcia a raiação: oe h é a costate e Plack usaa origialmete para explicar a raiação e corpo egro

7 Teoria Quâtica A eergia o fóto ao iciir sobre uma superfície metálica, é totalmete absorvia por um elétro, o qual poe ser ejetao a superfície com eergia ciética e: Isto explica por que a eergia máxima os elétros iepee a itesiae a fote, pois aumetar a itesiae a fote sigifica aumetar o úmero e fótos que vai aumetar o úmero e elétros (correte fotoelétrica), mas a eergia máxima e caa elétro é a mesma No etato se a freqüêcia a raiação (h) for meor que ef, isto é: ehum elétro terá eergia para escapar o metal ef h freqüêcia e corte 0 h Não há atrasos a emissão os fotoelétros, mesmo baixa I (há fótos iciete) ejetao elétros, o elétro ão fica acumulao eergia para epois escapar. ef

8 Arrajo Experimetal A teoria prevê uma relação liear etre a eergia máxima os fotoelétros e a frequêcia a raiação iciete Verificao experimetalmete por Millika em 1916 Usou uma célula fotoelétrica

9 Costate e Plack Só a partir e um certo valor e frequêcia () que começa a ocorrer o efeito fotoelétrico (iepeete a itesiae)

10 Trabalho ecessário para remover e elétro o metal (este trabalho é ecessário para superar os campos atrativos os átomos a superfície ) A frequêcia míima para que o efeito fotoelétrico seja observao, V o =0 0 h f h=4,136x10-15.s Os fótos com frequêcia meores que o ão tem eergia suficiete para ejetar elétros o metal Para a maioria os metais a fução trabalho é a orem e algus elétros-volts 0 f h elemeto F (ev) Na 2,28 C 4,07 Al 4,08 Pt 6,35 Ni 5,01 Pb 4,14

11 Arrajo Experimetal Pico-amperímetro (A) Voltímetro (V) Fote e tesão variável Na fotocélula temos: Catoo feito e metal e baixa fução trabalho Âoo com metal e alta fução trabalho Fote e luz moocromática (ilumiar o catoo), visível, Ifravermelho

12 Arrajo Experimetal Meia e correte e tesão Potecial e corte Variao a tesão V e freameto é possível etermiar a tesão V o a a qual a correte fotoelétrica é ula Este valor e V o iepee a itesiae e luz iciete Este valor e V o, multiplicao pela carga, mee a eergia ciética Kmax o mais rápio fotoelétro emitio Ib I a

13 Arrajo Experimetal Meia e correte e tesão e - e e e - Tesão = 0 Teho correte? Naturalmete os e- chegam ao âoo tesão egativa teho freameto os elétros até ão ter mais e- o cátoo chegao o âoo (V imiui i imiui) correte fotoelétrica é egativa evio a simetria cilírica a fotocélula, catoo é irraiao ao mesmo tempo a tesão Vo a a qual a correte fotoelétrica é ula i(a) V(V)

14 Meia V x i potecial e corte (V o ) Poemos aia observar que o valor e Vo iepee a itesiae a luz iciete, mas Depee a raiação iciete, ( ou ) O efeito fotoelétrico é um efeito e superfície. Este experimeto o efeito fotoelétrico mostrou que a raiação eletromagética comportava-se como corpúsculo.

15 Exemplos O comprimeto e oa e corte o potássio é 558m Qual a fução trabalho o potássio hc = 1240.m o Kmax h f hc 0 h f f 2,22 f h hc Qual o potecial e corte para uma luz iciete e 400m o o o hc f , ,1 2,22 0,88 Observe que o potecial e corte V o em Volts é umericamete igual a eergia ciética máxima os elétros em Logo V o = 0,88V

16 Exemplos Qual e eergia associaa ao elétros e um feixe e microoas. É possível com esta eergia ejetar fotoelétros e superfícies metálicas? E = h Micro-oas =10cm hc m E 124x x10 m 5 E 1,24x10 2 x10 Esta eergia é muito pequea para ejetar fotoelétros a superfície metálica (para os metais a fução trabalho é a orem e ) 9

17 Exercício Luz e comprimeto e oa míimo e 400m icie sobre uma placa e metal e Lítio (F=2.93). Calcule a) A eergia o fóto b) O potecial e corte V o c) Qual a frequêcia e luz ecessária para prouzir elétros e eergia ciética e 3 o Lítio ilumiao a) E h hc m E 400m E 3,10 b) E V max 0,17V h f 3,10 2,93 0,17 c) E max h h 3,0 2,93 h h f 0 f 5,93 E 5,93 5,93 15 h 4,136x10. s 1,43x10 15 Hz Meor que o ultravioleta