EFEITO FOTOELÉTRICO

EFEITO FOTOELÉTRICO

Agatha Julie Seretni Uchi, Arthur Henrique Parizotto, Guilherme Dias, Isabela Bueno de Godoi Marchini

Pontifícia Universidade Católica do Paraná - PUCPR, Eng. Ambiental

agatha.uchi@pucpr.edu.br, arthur.parizotto@pucpr.edu.br, guilherme.dias@pucpr.edu.br isabela.marchini@pucpr.edu.br

RESUMO: Este artigo apresenta a caracterização do efeito fotoelétrico e a determinação da constante de Planck, por meio de experimentos. Sendo que a constante de Planck é obtida através do coeficiente angular da equação gerada através de gráficos e o potencial de corte vem do coeficiente linear da mesma equação. Os valores calculados apresentam valores similares aos encontrados na literatura mostrando assim que o experimento realizado em laboratório gerou baixo erro, 3,28%, e a constante de Planck calculada foi igual a  (eV.s). [pic 2]

1. INTRODUÇÃO

O efeito fotoelétrico é caracterizado pela emissão de elétrons de um material metálico, quando exposto a uma fonte de energia luminosa ou radiação, esse elétron emitido é denominado quantia de energia ou fóton.

        Tal efeito foi estudado primeiramente pelos cientistas Alexandre E. Becquerel e Heinrich Hertz, que postularam, com base no modelo ondulatório da luz, que qualquer superfície metálica deveria emitir uma quantidade de elétrons quando exposta à radiação eletromagnética de qualquer frequência. Conforme estudado por esses cientistas, a energia cinética do elétron não é proporcional à energia fornecida para retirar ele da sua órbita. Contudo, a quantidade de elétrons que deixam a órbita do átomo é proporcional à energia fornecida. Para se ejetar elétrons com uma maior energia cinética, é necessário fornecer uma radiação com frequência mais alta à placa exposta.

        Posteriormente Albert Einstein estudou o efeito fotoelétrico e conseguiu fornecer uma explicação satisfatória para o fenômeno. Ele propôs que a energia do fóton emitido era diretamente proporcional à energia necessária para se remover um elétron, somado a energia cinética do elétron emitido, conforme a equação:

(máx =  (equação 01)[pic 3][pic 4]

        Em que  é a constante de Planck,  é a frequência da onda eletromagnética incidente, φ é a função trabalho ou a energia necessária para se remover um elétron de sua órbita atômica e  é a energia cinética do elétron expelido. A função trabalho e a energia cinética são descritas por:[pic 5][pic 6][pic 7]

 (equação 02)[pic 8]

 (equação 03)[pic 9]

Sendo que é a frequência mínima para o efeito ocorrer,  é a massa do elétron em repouso e é a velocidade do elétron expelido. [pic 10][pic 11][pic 12]

        Como os elétrons só irão atingir o outro pólo se a energia cinética máxima igualar a energia do campo elétrico temos que:

 (equação 04)[pic 13]

        Sendo e = 1,602.10-19C a carga do elétron. Portanto substituindo a equação (04) na equação (01) tem-se:

 (equação 05)[pic 14]

A teoria de Einstein também fornece uma relação linear, entre o potencial limite  e a , sendo possível o cálculo da constante de Planck: -34 [pic 15][pic 16][pic 17][pic 18]

2. PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS

O primeiro passo foi cobrir a lâmpada de mercúrio na fonte Hg e cobrir a abertura do fotodiodo, ambas com as suas peças específicas, em seguida, na fonte de tensão foi selecionado as opções POWER e MERCURY LAMP e no aparato, foi pressionado o botão na opção ON, esperando a fonte aquecer por 20 minutos, após isso, no aparato foi ajustado a tensão entre -2 e 0 V, e a corrente para  A. Como instruído, para ajustar o amplificador de corrente, foi desconectado o A, K e a seta para baixo (GROUND) do painel do aparelho. Então, foi pressionado o botão PHOTOTUBE SIGNAL  para CALIBRATION e o botão CALIBRATION CURRENT até que a corrente seja 0. Depois foi colocado o PHOTOTUBE SIGNAL para MEASURE.  Após esses passos, foi reconectado os cabos A, K e a seta para baixo na parte traseira do aparelho, retirado a proteção de abertura do fotodiodo e a proteção da lâmpada de mercúrio e colocado uma abertura de 4mm de diâmetro e um filtro de 365 nm na abertura. Para finalizar, foi ajustado o botão de tensão até que a corrente medida fosse nula, o valor do potencial de corte foi anotado na tabela 1 e a lâmpada de mercúrio foi coberta afim de trocar o filtro da abertura do fotodiodo. Os passos foram repetidos para os filtros de 404,7 nm, 435,8 nm, 546,1 nm e 577,0 nm, assim completando a tabela 1. Para a tabela dois foi repetido os mesmo passos, com a diferença da abertura para 8mm.[pic 19]

3. RESULTADOS E DISCUSSÃO

Com os dados do experimento foi possível a criação de duas tabelas contendo o Comprimento de onda (), os Potenciais de corte () e a Frequência (), organizados em:  tabela 1 para 4 mm e tabela 2  para 8 mm. [pic 20][pic 21][pic 22]

Tabela 1: Dados para abertura de 4 mm

Fonte: Os autores, 2017.

Tabela 2: Dados para abertura de 8 mm

Fonte: Os autores, 2017.

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