Efeito Fotoelétrico. André de Freitas Smaira Thereza Cury Fortunato. 27 de setembro de 2012
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- Débora Mota Sintra
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1 André de Freitas Smaira Thereza Cury Fortunato 27 de setembro de 2012
2 Observação Introdução Observação Experimento de Hertz Explicação Teoria Quântica de Einstein 1839 Becquerel, A.E. Efeito Fotovoltáico Luz Propriedades Eletrônicas 1887 Hertz Finds Maxwell s Waves: and Something Else
3 Experimento de Hertz Observação Experimento de Hertz Explicação Teoria Quântica de Einstein
4 Observação Experimento de Hertz Explicação Teoria Quântica de Einstein Explicação do Experimento e Something Else Mais de 15 metros [2] Experimento de Hertz no escuro
5 Experimento de Thomson Observação Experimento de Hertz Explicação Teoria Quântica de Einstein Partículas das emissões radioativas ( 1 β 0 elétrons) e m = v x = E B 0 2E B 2 0 (L2 + 2lL) y Thomson mede razão e m e = 1, C/kg e Hoje - m e = (1, ± 0,000005) C/kg[5]
6 Quantização de Planck Observação Experimento de Hertz Explicação Teoria Quântica de Einstein Corpo Negro Osciladores em Equiĺıbrio com Radiação u (ν, T ) = 8πν2 c 3 hν e hν k B T 1 Energia Quantizada Ensamble Canônico U = n=0 (nε 0 ) e nε 0 k B T n=0 e nε 0 k B T Quantum de Energia ε 0 = hν
7 Teoria Quântica de Einstein Observação Experimento de Hertz Explicação Teoria Quântica de Einstein A partir da quantização de Planck: 1 fóton máximo 1 elétron E e = hν luz eφ E e = 0 ν 0 = e h φ ν luz < ν 0 Não há emissão de elétrons
8 Experimento Ideal Introdução Experimento Ideal Experimento Real Aparato Experimental V 0 = ( ) h ν φ e v max (ν) = I luz n e i i = i (V ) V 0 = i 1 (0) ( ) 2Ee = 2 eme he m ν φ e
9 Experimento Real Introdução Experimento Ideal Experimento Real Aparato Experimental Elétrons tem velocidades variadas Circuito fechado muda o potencial sentido pelo elétron: V = V (φ A φ C ) V ( ) h 0 = ν φ A }{{} e Vcontato
10 Aparato Experimental Experimento Ideal Experimento Real Aparato Experimental
11 Manual - Curva I V No gráfico acima, verificamos como esperado, uma função crescente, iniciando com uma cauda (próximo ao potencial de corte), uma subida rápida linear (resistência ôhmica devido a dificuldade em retirar os elétrons do ânodo) seguida de um patamar superior (saturação de corrente).
12 Manual - Potencial de Corte V 0 = (0,18 ± 0,03) V V 0 = (0,56 ± 0,03) V V 0 = (0,43 ± 0,03) V V 0 = (0,84 ± 0,03) V
13 Manual - Curva I V - Dados Manual Potencial (V)(±0, 1) Corrente (A) Erro (A) 8,00 4,7E-11 2E-12 7,80 4,7E-11 2E-12 7,60 4,7E-11 2E-12 7,40 4,6E-11 2E-12 7,20 4,5E-11 2E-12 7,00 4,5E-11 2E-12 6,80 4,5E-11 2E-12 6,60 4,4E-11 2E-12 6,40 4,4E-11 2E-12 6,20 4,3E-11 2E-12 6,00 4,3E-11 2E-12 5,80 4,2E-11 2E-12 5,60 4,2E-11 2E-12 5,40 4,1E-11 2E-12 5,20 4,1E-11 2E-12 5,00 4,0E-11 2E-12 4,80 3,9E-11 2E-12 4,60 3,9E-11 2E-12 4,40 3,8E-11 2E-12 4,20 3,7E-11 2E-12 4,00 3,7E-11 2E-12 3,80 3,6E-11 2E-12 3,60 3,5E-11 2E-12 3,40 3,4E-11 2E-12 3,20 3,3E-11 2E-12 3,00 3,2E-11 2E-12 2,80 3,0E-11 2E-12 Potencial (V)(±0, 1) Corrente (A) Erro (A) 2,60 2,9E-11 2E-12 2,40 2,7E-11 2E-12 2,20 2,4E-11 2E-12 2,00 2,1E-11 2E-12 1,80 1,8E-11 2E-12 1,60 1,4E-11 1E-12 1,40 1,1E-11 1E-12 1,20 8,1E-12 2E-13 1,00 6,1E-12 2E-13 0,80 5,0E-12 2E-13 0,60 3,7E-12 2E-13 0,40 2,6E-12 2E-13 0,20 1,7E-12 2E-13 0,10 1,4E-12 2E-13-0,10 8,4E-13 2E-14-0,20 6,4E-13 2E-14-0,30 5,0E-13 2E-14-0,40 5,0E-13 2E-14-0,50 3,0E-13 2E-14-0,60 3,0E-13 2E-14-0,70 2,0E-13 2E-14-0,80 2,0E-13 2E-14-0,90 1E-13 1E-13-1,00 1E-13 1E-13-1,10 1E-13 1E-13-1,20 0 1E-13-1,30 0 1E-13
14 Manual - Curva I V - Dados Manual Potencial (V)(±0, 1) Corrente (A) Erro (A) 8,00 1,2E-10 1E-11 7,80 1,2E-10 1E-11 7,60 1,2E-10 1E-11 7,40 1,1E-10 1E-11 7,20 1,1E-10 1E-11 7,00 1,1E-10 1E-11 6,80 1,1E-10 1E-11 6,60 1,1E-10 1E-11 6,40 1,1E-10 1E-11 6,20 0,9E-10 1E-11 6,00 0,9E-10 1E-11 5,80 0,9E-10 1E-11 5,60 8,9E-11 2E-12 5,40 8,9E-11 2E-12 5,20 8,9E-11 2E-12 5,00 8,9E-11 2E-12 4,80 8,9E-11 2E-12 4,60 7,9E-11 2E-12 4,40 7,9E-11 2E-12 4,20 7,9E-11 2E-12 4,00 6,9E-11 2E-12 3,80 6,9E-11 2E-12 3,60 6,9E-11 2E-12 3,40 6,9E-11 2E-12 3,20 5,9E-11 2E-12 3,00 5,9E-11 2E-12 2,80 5,9E-11 2E-12 Potencial (V)(±0, 1) Corrente (A) Erro (A) 2,60 4,9E-11 2E-12 2,40 4,4E-11 2E-12 2,20 3,9E-11 2E-12 2,00 3,4E-11 2E-12 1,80 2,9E-11 2E-12 1,60 2,3E-11 2E-12 1,40 1,7E-11 2E-12 1,20 1,4E-11 2E-12 1,00 1,1E-11 1E-12 0,80 8,3E-12 2E-13 0,60 6,3E-12 2E-13 0,40 4,3E-12 2E-13 0,20 3,1E-12 2E-13 0,00 2,1E-12 2E-13-0,10 1,7E-12 2E-13-0,20 1,4E-12 2E-13-0,30 1,2E-12 2E-13-0,40 1,2E-12 2E-13-0,50 1,0E-12 2E-13-0,60 9E-13 2E-13-0,70 9E-13 2E-13-0,80 8E-13 2E-13-0,90 7E-13 1E-13-1,00 7E-13 1E-13-1,10 6E-13 1E-13-1,20 6E-13 1E-13-1,30 6E-13 1E-13
15 Manual - Curva I V - Dados Manual Potencial (V)(±0, 1) Corrente (A) Erro (A) 8,00 6,0E-10 2E-11 7,80 6,0E-10 2E-11 7,60 5,0E-10 2E-11 7,40 5,0E-10 2E-11 7,20 5,0E-10 2E-11 7,00 4,8E-10 2E-11 6,80 4,7E-10 2E-11 6,60 4,6E-10 2E-11 6,40 4,4E-10 2E-11 6,20 4,3E-10 2E-11 6,00 4,1E-10 2E-11 5,80 4,0E-10 2E-11 5,60 3,8E-10 2E-11 5,40 3,7E-10 2E-11 5,20 3,5E-10 2E-11 5,00 3,4E-10 2E-11 4,80 3,2E-10 2E-11 4,60 3,0E-10 2E-11 4,40 2,9E-10 2E-11 4,20 2,8E-10 2E-11 4,00 2,6E-10 2E-11 3,80 2,4E-10 2E-11 3,60 2,2E-10 2E-11 3,40 2,1E-10 2E-11 3,20 2,0E-10 2E-11 3,00 1,9E-10 2E-11 2,80 1,7E-10 2E-11 Potencial (V)(±0, 1) Corrente (A) Erro (A) 2,60 1,5E-10 1E-11 2,40 1,4E-10 1E-11 2,20 1,2E-10 1E-11 2,00 1,1E-10 1E-11 1,80 1,0E-10 1E-11 1,60 7,9E-11 2E-12 1,40 6,9E-11 2E-12 1,20 5,9E-11 2E-12 1,00 4,9E-11 2E-12 0,80 4,3E-11 2E-12 0,60 3,4E-11 2E-12 0,40 2,7E-11 2E-12 0,20 2,0E-11 2E-12 0,00 1,3E-11 1E-12-0,10 1,1E-11 1E-12-0,20 7,9E-12 2E-13-0,30 5,9E-12 2E-13-0,40 4,9E-12 2E-13-0,50 3,3E-12 2E-13-0,60 2,5E-12 2E-13-0,70 1,9E-12 2E-13-0,80 1,5E-12 2E-13-0,90 1,3E-12 2E-13-1,00 1,1E-12 2E-13-1,10 1,1E-12 2E-13-1,20 9E-13 2E-13-1,30 9E-13 2E-13
16 Manual - Curva I V - Dados Manual Potencial (V)(±0, 1) Corrente (A) Erro (A) 8,00 7,0E-10 2E-11 7,80 7,0E-10 2E-11 7,60 7,0E-10 2E-11 7,40 7,0E-10 2E-11 7,20 6,0E-10 2E-11 7,00 6,0E-10 2E-11 6,80 6,0E-10 2E-11 6,60 6,0E-10 2E-11 6,40 6,0E-10 2E-11 6,20 6,0E-10 2E-11 6,00 5,0E-10 2E-11 5,80 5,0E-10 2E-11 5,60 5,0E-10 2E-11 5,40 4,7E-10 2E-11 5,20 4,6E-10 2E-11 5,00 4,4E-10 2E-11 4,80 4,2E-10 2E-11 4,60 4,1E-10 2E-11 4,40 3,9E-10 2E-11 4,20 3,7E-10 2E-11 4,00 3,6E-10 2E-11 3,80 3,4E-10 2E-11 3,60 3,3E-10 2E-11 3,40 3,1E-10 2E-11 3,20 2,9E-10 2E-11 3,00 2,7E-10 2E-11 2,80 2,6E-10 2E-11 Potencial (V)(±0, 1) Corrente (A) Erro (A) 2,60 2,4E-10 2E-11 2,40 2,2E-10 2E-11 2,20 2,1E-10 2E-11 2,00 1,9E-10 2E-11 1,80 1,8E-10 2E-11 1,60 1,6E-10 2E-11 1,40 1,5E-10 1E-11 1,20 1,3E-10 1E-11 1,00 1,2E-10 1E-11 0,80 1,0E-10 1E-11 0,60 9,3E-11 2E-12 0,40 7,3E-11 2E-12 0,20 6,3E-11 2E-12 0,00 4,9E-11 2E-12-0,10 4,4E-11 2E-12-0,20 3,8E-11 2E-12-0,30 3,2E-11 2E-12-0,40 2,7E-11 2E-12-0,50 2,1E-11 2E-12-0,60 1,7E-11 1E-12-0,70 1,3E-11 1E-12-0,80 1,0E-11 2E-13-0,90 6,8E-12 2E-13-1,00 4,8E-12 2E-13-1,10 3,4E-12 2E-13-1,20 2,3E-12 2E-13-1,30 1,6E-12 1E-13
17 Manual - Constantes Físicas Manual h e = (5,5 ± 1,0) J/A ( ) h = 4, J/A e LIT φ A = (2,4 ± 0,5) V (φ A ) LIT = 5,29V Esse desvio da função trabalho provavelmente se deve a imprecisão na frequência, já que essas foram obtidas através do gráfico disponível no laboratório, cuja menor escala é de 50nm, causando um erro na frequência da ordem de Hz. Esses dados são mostrados no slide a seguir.
18 Manual - Velocidades Manual 2 eme ( he f φ ) v max (f ) = ) Comprimento de Onda, λ (nm) (±20) Frequência, f (10 14 Hz) Velocidade Máxima, v max (10 5 m/s 640 (4,7 ± 0,2) (2,5 ± 0,2) 590 (5,1 ± 0,2) (3,9 ± 0,1) 540 (5,6 ± 0,2) (4,4 ± 0,1) 520 (5,8 ± 0,1) (5,4 ± 0,1)
19 Introduc a o Concluso es Refere ncias Automatizac a o Efeito Fotoele trico
20 Curvas I V - da tela do LabView Figura: Vermelho Figura: Amarelo Figura: Verde Figura: Azul
21 Estranho?? Introdução Figura: Sem LED Figura: Tampado Mesma ordem de grandeza de corrente do que quando estava com os LEDs ligados. Além de que a corrente vai a zero no mesmo lugar em todos os gráficos.
22 E os arquivos?? Podemos ver que esse gráfico está invertido no sentido horizontal e deslocado da origem de I (I=0).
23 O que fazer? Introdução Tomando somente a quantidade de pontos inseridos na execução do programa e tomando o mínimo do gráfico como zero: Figura: Vermelho Figura: Amarelo Figura: Verde Figura: Azul Observe que a ordem de grandeza dos dados do arquivo está pelo menos proporcionalmente correta apesar de o valor absoluto estar mais de vinte ordens de grandeza maior e os potenciais de corte não são mais os mesmos.
24 Para a ausência de LEDs... Figura: Sem LED Figura: Tampado Agora podemos ver a diferença. Nesse caso vemos uma intensidade bem menor. Além disso, a situação com o célula tampada tem um sinal menor que simplesmente com os LEDs apagados, o que nos faz pensar em ruído.
25 Introdução Resultados da ordem de grandeza correta para a parte manual Automatização com sérios problemas: Gráficos exibidos na tela do LabView incoerentes Quantidade de dados inconsistentes para x e y Não há determinação de resultados
26 Introdução Wikipedia ( Photoeletric Effect - Virginia University ( effect.html) UFRGS s01.html Laboratório de Estrutura da Matéria - UNESP algatti/laboratoriodeestruturadamateria/rotmedidascargamassa pdf UFPel
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