Física Moderna. A quantização da energia. Dualidade onda-partícula. O efeito fotoelétrico.

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1 Física Moderna A quantização da energia. Dualidade onda-partícula. O efeito fotoelétrico.

2 Efeito fotoelétrico Quando uma radiação eletromagnética incide sobre a superfície de um metal, elétrons podem ser arrancados dessa superfície. Esse fenômeno é denominado efeito fotoelétrico. Os elétrons arrancados são chamados fotoelétrons.

3 Qual a explicação? Vermelho Nada Nada Nada Nada metal

4 Qual a explicação? Verde V V V 1elétron por fóton metal

5 Fótons de luz A luz possui energia luminosa que é emitida em forma de fótons. A energia é quantizada. Planck As partículas de energia sugeridas por Planck foram denominadas fótons. A energia E de cada fóton é denominada quantum (no plural quanta ). O quantum E de energia radiante de frequência f é dado por: E = h f Nessa fórmula, h é a constante de proporcionalidade denominada constante de Planck, dada por: h = 6, J s.

6 03 )3

7

8 09 )3

9 E = h. f Energia Frequência Constante de Planck:

10 E = h. f S.I = (J) (J.s) (Hz) Usual = (ev) (ev.s)(hz) h= 6, J.s ou 4, ev.s

11 Importante: A energia eletromagnética para a luz visível vária de cor de acordo com sua frequência. Quando associamos a quantidade de energia a cada fóton de luz vemos que é diretamente proporcional a frequência. Freq vermelho < freq violeta

12 Num mesmo meio λ e f são inversamente proporcionais.

13 04 )3 E = h.f

14 UMDMDD- Incidi-se luz num material fotoelétrico e não se observa a emissão de elétrons. Para que ocorra a emissão de elétrons do mesmo material, basta que se aumente(m): a) a intensidade de luz. b) a frequência da luz. c) o comprimento de onda da luz. d) a intensidade e a frequência da luz. e) a intensidade e o comprimento de onda da luz. Resolução Temos que aumentar a frequência da luz para fornecer maior energia ao elétrons para que eles possam escapar da atração do núcleo Resposta: Alternativa B

15 11 )3

16 A explicação de Einstein Einstein ( ) explicou o efeito fotoelétrico levando em consideração a quantização da energia: um fóton da radiação incidente, ao atingir o metal, é completamente absorvido por um único elétron, cedendo-lhe sua energia hf. Com essa energia adicional o elétron pode escapar do metal. Essa teoria de Einstein sugere, portanto, que a luz ou outra forma de energia radiante é composta de partículas de energia, os fótons.

17 Função trabalho ou função de corte Função trabalho = energia mínima necessária para que um elétron escape do metal. (Valor varia de metal para metal). Metal Função trabalho Sódio 2,28 ev Alumínio 4,08 ev Zinco 4,31 ev Ferro 4,50 ev Prata 4,73 ev h.f 0

18 Gráfico E c(máx) em função de f Existe uma frequência mínima (f 0 ) chamada frequência de corte para a qual o elétron escapará se a energia que ele receber do fóton (hf 0 ) for igual ou maior que à energia mínima.

19 Equação fotoelétrica de Einstein Ec= h.f - τ

20 A energia cinética Ec do elétron emitido é dada por: Ec é a energia cinética. Ec=hf T f é a frequência. h constante de Planck. T é a energia de ligação entre o elétron e o núcleo.

21 Ec= h.f - τ

22 08 )3

23 10 )3

24 Luz: onda ou partícula? A radiação eletromagnética apresenta um comportamento dúbio: ora a luz se comporta como partícula ora se comporta como onda, dependendo do tipo de experimento que utilizamos para análise Esse comportamento é conhecido como: dualidade onda-partícula

25 Ondulatória Corpuscular Huygens Interferência (Young) Newton Efeito Fotoelétrico (Einstein)

26 Difração: Onda

27 Interferência: Onda

28 16 )3 Corpuscular

29 RESUMO

30 Efeito fotoelétrico O efeito fotoelétrico é a emissão de elétrons por um material metálico, quando exposto a um tipo de luz com frequência relativamente alta. A emissão ocorre pelo fato de os elétrons que estavam presos às órbitas dos átomos receberem energia suficiente para abandoná-las. A emissão acontece quando um fóton é absorvido por apenas um elétron, se a energia desse fóton absorvido for maior que a energia de ligação entre o elétron e o núcleo do átomo acontece à emissão e sua energia cinética é a diferença entre a energia do fóton e a energia de ligação do elétron com o núcleo. Quando aumentamos a intensidade da luz observamos que um maior número de elétrons sai de suas órbitas. A energia cinética do elétron é dada pela equação: Ec= h.f - τ

31 Natureza Dual da Luz Em determinados fenômenos, a luz se comporta como se tivesse natureza ondulatória (interferência, difração) e, em outros, natureza de partícula (efeito fotoelétrico). As duas teorias da natureza da luz se completam. Cada teoria por si só é correta para explicar determinado fenômeno.

32 FIM

33 Exercícios

34 14 )3

35

36 05 )3

37 Quanto maior a frequência maior a energia do fóton

38 06 )3