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Efeito fotoelétrico: como ocorre?

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O efeito fotoelétrico é a emissão de elétrons por um material, geralmente material este que por vezes é  metálico, quando exposto a uma radiação eletromagnética (como a luz) de frequência suficientemente alta, que depende do material, como por exemplo a radiação ultravioleta. Podendo Ser observado quando a luz incide numa placa de metal, arrancando elétrons da placa. Os elétrons ejetados são denominados fotoelétrons.

O que seriam fótons?

Os fótons são minúsculas partículas elementares que possuem energia e são mediadoras do efeito fotoelétrico. A energia do fóton é calculada pela seguinte fórmula:
E = h.f
Onde, E: energia do fóton
h: constante de proporcionalidade (Constante de Planck: 6,63 . 10-34 J.s) f: frequência do fóton

No Sistema Internacional (SI), a energia do fóton é calculada em Joule (J) e a frequência em Hertz (Hz).

O que se deve levar em consideração para que ocorra o efeito Fotoelétrico?

Como já foi explanado, o efeito fotoelétrico é interpretado como a absorção de um fóton pela matéria, levando à ejeção de um elétron.
Os elétrons que giram à volta do núcleo são aí mantidos por forças de atração.
Se eles receberem energia suficiente (energia mínima de extração), eles abandonarão as suas órbitas.
O efeito fotoelétrico só surge se o metal receber um feixe de radiação com energia superior à energia mínima de remoção dos elétrons do metal, provocando a sua saída das órbitas o que pode ocorrer sem energia cinética (se a energia da radiação for igual à energia de remoção) ou com energia cinética,( se a energia da radiação exceder a energia de remoção dos elétrons).
Essa energia mínima (Wmin) para extrair um elétron da placa metálica é denominada função trabalho e está relacionada com o tipo de metal utilizado.

Se a energia do fóton que incide (W = h.f) for maior que a função trabalho (Wmin) a energia em excesso será energia cinética (Ec), de modo que  Wmin = W – Ec   — Wmin = h.f – Ec (equação fotoelétrica de Einstein).

Onde podem ser aplicadas?

Nas células fotoelétricas (fotocélulas), a energia luminosa se transforma em corrente elétrica. Diversos são os objetos e sistemas que utilizam o efeito fotoelétrico, como exemplo podemos citar:

  • as televisões (de LCD e plasma);
  • os painéis solares;
  • as reconstituições de sons nas películas de um cinematógrafo;
  • as iluminações urbanas;
  • os sistemas de alarmes;
  • as portas automáticas em geral;
  • os aparelhos de controle (contagem) dos metrôs;

Falhas da Física Clássica e teoria ondulatória da luz, ao tentar explicar características do efeito fotoelétrico

  • Nenhum fotoelétron será observado se a radiação iluminante tiver uma frequência inferior a um certo valor, característico do material iluminado, denominado frequência de corte (f0).
  • Se a frequência da radiação iluminante excede a frequência de corte, observa-se que o número de fotoelétrons emitidos é proporcional à intensidade da radiação incidente, porém nenhum elétron terá energia cinética superior a • Uf, isto é, Ec(máx) = e • Uf.
  • A energia cinética máxima dos fotoelétrons aumenta, se aumentarmos a frequência da radiação iluminante.

Principais pontos

Com base no modelo ondulatório da luz, físicos previram que um aumento na amplitude da luz aumentaria a energia cinética dos fotoelétrons emitidos, enquanto um aumento na frequência provocaria um aumento na corrente medida.
Experimentos têm mostrado que aumentando a frequência da luz, aumenta-se a energia cinética das fotoelétrons; e aumentando a amplitude da luz, aumenta-se a corrente.
Como podemos observar Com base nesses resultados, Einstein propôs que a luz se comporta como um fluxo de fótons com energia. De modo geral é claro a evidência de que é uma teoria usada até mesmo nos dias atuais de hoje, provando o quão foi importante o papel de cada um desses físicos durante o século passado e sua grande influência no futuro.


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