Efeito Foto-Elétrico

Transcrição

1 Efeito Foto-Elétrico e Emissão de elétrons provocada pela incidência de radiação eletromagnética sobre algum material Breve história do efeito fotoelétrico : Heinrich Hertz 1886 descoberta do efeito (com luz ultra-violeta) Wilhelm Hallwachs 1888 primeiras experiências (eletroscópio) J.J.Thomson 1899 verificou a emissão de elétrons Philip Lenard 192 primeiras medidas da energia dos foto-elétrons A. Einstein 195 teoria do fóton (a partir da quantização de Planck) R. Millikan 1915 verificação da teoria de Einstein

2 Efeito foto-elétrico Prêmio Nobel de Física 1921 "pelos seus serviços para a Física Teórica, e especialmente pela sua descoberta da lei do efeito fotoelétrico" Albert Einstein ( ) Prêmio Nobel de Física 1923 "pelo seu trabalho sobre a carga elementar e sobre o efeito fotoelétrico" Robert Andrews Millikan ( )

3 Teoria clássica do eletro-magnetismo Maxwell 1865 Onda Eletromagnética. Ex: E o : Amplitude do campo elétrico, k=2p/l, w=2pn Vetor de Poynting: Intensidade da onda E-M: (energia/área/tempo)

4 Teoria clássica do E-M X Efeito F-E I,n e E c = 1 2 mv² Previsões: 1) A energia cinética dos elétrons (E c ) deveria aumentar com a intensidade (I) da onda E-M. 2) Deveria demorar para haver emissão de elétrons, dependendo de I. 3) E c não deveria depender de forma descontínua da frequência (n) da onda E-M. Observações experim.: 1) E c não varia com I. 2) Não há atraso perceptível. 3) Para frequências baixas (v<n ) não ocorre e.f.e.

5 Início da teoria quântica Planck (19), quantização do oscilador harmônico: n E n 4hn 3hn 2hn 1hn hn E n-1 - E n = hn h = constante de Planck ( Js) explicação do espectro de radiação do corpo negro:

6 A teoria de Einstein para o e.f.e. 195 Partícula de luz, fóton: E f = hν hn E c Conservação de energia: e e : carga do elétron ( C) : função de trabalho (V- volts) E máx =hν c 1) ok 2) ok 3) ok e

7 Medida da energia cinética máxima dos foto-elétrons i Potencial de corte E c máx = ev V V fr. tensão de freamento

8 Verificação das previsões de Einstein ev ν =E máx. c =hν e i n 2 n 1 V (n 1 ) V (n 2 ) V fr ev (ev) Millikan 1916 n (Hz)

9 Considerações sobre o potencial de contato a c Einstein: E máx c =hν e c =ev' potencial elétrico de freamento sentido o medido Campo conservativo: c + V'= a ev =hν e + V CONCLUSÃO: a o

10 Analogia com bacias de água H' h a h c H DP =rgh H'=H+h a -h c V'=V+ a - c

11 Equipamento para medida do efeito fotoelétrico Lente e rede de difração Caixa com fotocélula Ajuste p/ alinhamento Lâmpada de Hg Tubo móvel Fenda Filtros de côr e intensidade Braço móvel Linhas espectrais do Hg Côr l (Å) Ultra-violeta Violeta Azul Verde Amarela , (Dubleto)

12 A Célula Foto-elétrica vácuo C A Fotocélula (Centron 1P39)

13 Aparato Experimental: o Fonte de luz: Lâmpada de Hg o Fotocélula (Centron 1P39) o Pico amperímetro/fonte de tensão (Keithley 6487) Hg Computador + software de aquisição Fonte Luminosa K Válvula fotoelétrica A V A Pico amperímetro + fonte de tensão variável ProKeithley RS232+GPIB

14 Programa ProkeythleyNOVO Desenvolvido por Tiago Fernandes

15 Salvar Dados extensão.csv No programa origin: Salva Dados Importar Import Wizard Escolhar o arquivo (File) Add file ok NEXT NEXT NEXT NEXT ESCOLHER (;) e 1, (NUMERIC SEPARATOR) APPLY NEXT NEXT - FINISH Analisar os dados no programa ORIGIN

16 1) Identificar as raias do Hg e as ligações do circuito elétrico etc. 2) Fazer medidas de ixv 3) Tentar entender tudo Procedimentos, Parte I i n 1 n 2, I 1 n 2, I 2 n 2 > n 1 I 1 > I 2 i V (n 1 ) V (n 2 ) V ret i< (!?) V

17 Correntes espúreas i V i = i c +i a + i f Corrente medida Corrente de cátodo (a que interessa) Corrente de ânodo ( cte < ) Corrente de fundo : fuga (= V/R f ) + ambiente +...

18 Medidas com computador V t

19 Obtenção de i c (V) 1) Medir i f : a corrente de fundo, isto é, a que se obtém bloqueando a saída da Lâmpada de Hg, e que corresponde a: V if =iamb +... R 2) Subtrair i f ponto a ponto (em função de V) das medidas de cada raia para obter: f i-i f i i f = i c +i a i i f =i c + i a i a 3) Ajustar uma constante (i a ) para a região de V > V onde supõe-se que i c =, e subtrair. V

20 Obtenção da tensão de corte V i c V II V I V V I ν V II ν V h = ν e V ΔV h = a Δν e n

21 Curva VxI típica do experimento

22 Medidas a serem realizadas hoje Verificar as ligações. Alinhar e focalizar as linhas de Hg na fotocélula. Colocar o cilindro e cobrir com um pano preto. Escolher uma cor e fazer medidas de 5 intensidades Medir as 5 raias mais intensas do Hg (UV, violeta, azul, verde e amarelo). Usar filtro amarelo e verde para evitar as contribuições de segunda ordem

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