A Constante de Planck pelo Efeito Fotoelétrico

Curitiba – PR

2006

Resumo

O efeito fotoelétrico mostra uma pequena corrente elétrica fluindo através de um metal, quando há incidência de luz sobre o mesmo, Pode ser aplicado diretamente em nosso cotidiano como, por exemplo, nas portas de elevadores, alarmes de segurança de bancos, telefones celulares, computadores, cdplayers, palmtops, localizadores GPS, nano dispositivos (spintrônica), entre outros. Através do experimento realizado, esse efeito foi verificado e, a partir dos dados obtidos experimentalmente, um valor para constante de Planck foi determinado, em função trabalho do aparelho (h/e) e para freqüência de corte.

Palavras chave: efeito fotoelétrico, constante de Planck, emissão de elétrons.

Introdução

O efeito fotoelétrico é um dos processos, no qual a radiação interage com a matéria, envolvendo espalhamento ou absorção de radiação pela matéria.

A esse processo de emissão de elétrons de dada superfície, devido à incidência de luz sobre a mesma, chamamos efeito fotoelétrico (1). A luz transmite sua energia aos elétrons na superfície metálica, permitindo que se movam dentro do metal, produzindo a corrente. Contudo, nem todas as cores de luz afetam os metais dessa maneira. Não importa o brilho ou a intensidade da cor. Sendo assim, o efeito não pode ser explicado se encararmos a luz como se fossem ondas. Ondas grandes têm grandes quantidades de energia enquanto as pequenas têm pouca. Portanto, se a luz tem um caráter ondulatório, seu brilho afeta a quantidade de energia no sentido de que quanto mais brilhante a luz, maior a onda e mais energia ela terá. Dessa forma, as diferentes cores da luz são definidas pela quantidade de energia que elas possuem.

A primeira experiência foi em 1886 – 1887, realizada por Heinrich Hertz, quando descobriu que uma descarga elétrica entre dois eletrodos, é facilitada quando ocorre incidência luz ultravioleta (UV) sobre um deles. Lenard mostrou, em seguida, que a luz UV facilita descarga ao fazer com que os elétrons sejam emitidos da superfície do cátodo.

Em 1905, Einstein publicou cinco artigos bastante revolucionários, dentre estes, um explicando a natureza da luz com o título "Sobre um ponto de vista heurístico a respeito da produção e transformação da luz", onde, influenciado pela experiência de Lenard e, adotando a idéia de Planck sobre quantização de energia, propôs que a energia radiante está quantizada em pacotes concentrados, os quais mais tarde denominaram-se fótons. Einstein concentrou sua atenção não na forma ondulatória com que a luz se propaga, mas sim, na forma corpuscular com que é emitida e absorvida. Supôs, então, que a energia do fóton está relacionada com sua freqüência (n ), pela seguinte equação (1):

Onde h é a constante de proporcionalidade de Planck (2).

A partir do princípio de conservação de energia para o efeito fotoelétrico, tem-se:

h. n = j + Km (2)

A equação mostra que um fóton transporta uma energia E = h .n para a superfície, onde ele interage com um elétron. Para que o elétron seja liberado, certa quantidade de energia j (função trabalho do material) deve ser fornecida para superar o campo elétrico que existe na superfície. A energia restante é igual a Km (energia cinética máxima), que o elétron ejetado pode possuir. Quando a luz monocromática incide através de uma janela de quartzo, sobre a placa de metal P, liberando elétrons (fotoelétrons). Esses elétrons podem ser detectados sob forma de corrente fotoelétrica, se forem atraídos por um coletor metálico C, através de uma diferença de potencial (D V), estabelecida entre a placa e o coletor. Se V é