Questões de Física - Física moderna - Efeito fotoelétrico
O efeito fotoelétrico foi observado pela primeira vez pelo físico alemão Heinrich Hertz em 1887. Hertz observou que, quando certas frequências de luz iluminavam uma placa metálica, elétrons excitados, denominados fotoelétrons, deixavam o metal. Posteriormente, esse efeito foi explicado por Albert Einstein quando introduziu o conceito de fóton.
Durante um experimento, um professor demonstrou o efeito fotoelétrico iluminando diferentes placas metálicas com radiação infravermelha (E = 1,38 eV) e radiação ultravioleta (E = 4,13 eV).
A tabela a seguir apresenta a função trabalho (f) dos materiais utilizados.
Como resultado, quando as placas foram iluminadas com radiação infravermelha, o fenômeno _________ observado nesses materiais. Quando as placas foram iluminadas com radiação ultravioleta, o fenômeno não foi observado para _________, enquanto a máxima energia cinética dos fotoelétrons foi observada para _________.
O espectro de raios X é composto por duas partes. A primeira, referente ao espectro contínuo, é advinda do efeito breamsstrahlung, e a segunda referente ao espectro característico do alvo (ânodo). No efeito breamsstrahlung temos que um elétron colide com um átomo do ânodo e a diferença da energia cinética antes e após a colisão é igual à energia de um fóton de raio X emitido. Considere que a energia cinética inicial de um elétron é 40.000 eV e que sua energia após a colisão seja 20.000 eV . Considere que a constante de Planck seja aproximadamente 4,0 X 10-15 eV.
A frequência da radiação X emitida neste processo, em Hertz, é
Quando uma superfície metálica é exposta à radiação eletromagnética com frequência suficientemente alta, ocorre a emissão de elétrons, fenômeno conhecido como efeito fotoelétrico. A energia mínima necessária para remover um elétron dessa superfície metálica é chamada função trabalho (Φ) do metal.
Considere que um veículo espacial esteja em órbita ao redor da Terra e que, devido ao efeito fotoelétrico causado pela luz solar, tenha acumulado cargas elétricas em sua superfície.
Sabendo que o casco desse veículo é revestido por Níquel, cuja função trabalho é ΦNi = 8 × 10–19 J, e adotando o valor h = 6,6 × 10–34 J · s para a constante de Planck, a menor frequência do espectro solar capaz de fazer com que o casco desse veículo espacial emita fotoelétrons é, aproximadamente,
Alguns equipamentos de visão noturna têm seu funcionamento baseado no efeito fotoelétrico, uma das primeiras descobertas que contribuíram para o surgimento da mecânica quântica. Nesses equipamentos, fótons de frequência f emitidos por um objeto incidem sobre uma superfície metálica. Elétrons são então liberados da superfície e acelerados por um campo elétrico. Em seguida, o sinal eletrônico é amplificado e produz uma imagem do objeto.
Diferentemente do que a física clássica prevê, apenas os elétrons com energia hf acima de uma certa energia mínima E0 são liberados da superfície metálica.
Considerando a incidência de fótons com frequência da ordem de 1014 Hz, a ordem de grandeza do valor limite de E0 para que o equipamento funcione deve ser:
Note e adote:
Constante de Planck: h = 6,63 × 10−34J.s
Entre 1886 e 1887, o físico alemão Heinrich Hertz realizou experimentos que demonstraram a existência de ondas eletromagnéticas. Para gerar tais ondas, Hertz produzia descargas entre dois eletrodos. Em alguns casos, ele observou que, quando a luz incidia sobre um dos eletrodos, a descarga ficava mais intensa. Ele tinha descoberto o efeito fotoelétrico, uma emissão de elétrons induzida pela luz.
Mais tarde, em 1905, Albert Einstein, motivado pelo trabalho de Max Planck, introduziu a ideia da quantização da radiação. Einstein afirmou que a radiação era composta de pacotes, ou quanta, de energia, propagando-se como partículas. A cada uma dessas partículas, hoje chamadas fótons, ele atribuiu uma energia relacionada com a frequência da radiação, explicando, definitivamente, o efeito fotoelétrico observado por Hertz. As interações entre radiação e matéria passaram a ser consideradas processos de emissão e absorção de fótons. Em especial, o efeito fotoelétrico é interpretado como a absorção de um fóton pela matéria, levando à ejeção de um elétron.
(“Efeito fotoelétrico”. www.if.ufrgs.br. Adaptado.)
O efeito fotoelétrico:
Para estudar determinados fenômenos associados à luz é necessário utilizar corretamente a natureza dual atribuída à luz, ou seja, em determinados fenômenos a luz se apresenta como onda e, em outros, apresenta-se como corpúsculo.
Com relação ao texto anterior, assinale a alternativa correta
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