André de Freitas Smaira Thereza Cury Fortunato 27 de setembro de 2012
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
Experimento de Hertz Observação Experimento de Hertz Explicação Teoria Quântica de Einstein
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
1899 - 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 1899 - Thomson mede razão e m e = 1,7 10 11 C/kg e Hoje - m e = (1,758803 ± 0,000005) 10 11 C/kg[5]
1901 - 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
1905 - 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
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
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
Aparato Experimental Experimento Ideal Experimento Real Aparato Experimental
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).
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
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
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
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
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
Manual - Constantes Físicas Manual h e = (5,5 ± 1,0) 10 15 J/A ( ) h = 4,1413 10 15 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 10 15 Hz. Esses dados são mostrados no slide a seguir.
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)
Introduc a o Concluso es Refere ncias Automatizac a o Efeito Fotoele trico
Curvas I V - da tela do LabView Figura: Vermelho Figura: Amarelo Figura: Verde Figura: Azul
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.
E os arquivos?? Podemos ver que esse gráfico está invertido no sentido horizontal e deslocado da origem de I (I=0).
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.
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.
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
Introdução Wikipedia (http://www.wikipedia.org) Photoeletric Effect - Virginia University (http://galileo.phys.virginia.edu/classes/252/photoelectric effect.html) UFRGS http://www.if.ufrgs.br/tex/fis142/fismod/mod03/m s01.html Laboratório de Estrutura da Matéria - UNESP www.feg.unesp.br/ algatti/laboratoriodeestruturadamateria/rotmedidascargamassa- 2009.pdf UFPel www.ufpel.tche.br