O efeito fotoelétrico

  Anteriormente em Uma breve introdução a mecânica quântica, vimos o nascimento da mecânica quântica quando Planck teve a ideia da quantização de energia para partículas microscópicas, e sua "assinatura" para a mecânica quântica com a constante de Planck h . Hoje veremos uma das principais consequências dessa hipótese, e que até rendeu um prêmio Nobel! O efeito fotoelétrico.

  Como sabemos fótons são partículas elementares, sem massa, que compõem a luz e podem ser interpretados como minúsculos “pacotes” que transportam a energia contida em radiações eletromagnéticas. A energia que um fóton transporta é dada equação já conhecida:

E = hf,

onde h é a constante de Planck, e f a frequência da radiação. Mas tá! E ai? Bom, o efeito fotoelétrico acontece quando irradiamos um material que emite elétrons, geralmente metálico. Este efeito foi descoberto pelo físico alemão Heinrich Hertz, no final do século XIX, quando tentava usar a física clássica para explicar a emissão de elétrons de uma superfície em razão da interação de uma onda eletromagnética. Em outras palavras, ele percebeu que incidir luz em placas metálicas ajudava na produção de faíscas. Na época não havia uma explicação teórica para o caso, é então que Albert Einstein entra em cena.

 

 

 

 

  Graças a hipótese da quantização da onda de Planck, Einstein propõe que a ocorrência de ejeção imediata de elétrons da superfície do material, a energia da radiação estaria concentrada em pequenos pacotes e não distribuída sobre a onda, como era a previsão clássica (a previsão de Hertz). Além disso, ele também demonstrou que os elétrons mais excitados que são ejetados do material, não dependem da quantidade de fótons e sim da frequência que estes fótons possuem. Sendo assim apresentando a seguinte expressão:

Ec = Ef - 𝚽,
 

onde Ec a energia cinética do elétron ejetado, Ef é a energia do fóton (como vimos no inicio da página) e 𝚽 a função trabalho, energia necessária para remover o elétron do átomo.

 

  Em razão deste trabalho, como sabemos, Einstein recebeu o prêmio Nobel anos seguintes a sua publicação.
 

  Graças a este trabalho, temos aplicações deste efeito em diversas areas, como portas automáticas, painéis solares que geram energia limpa e renovável, televisões de LCD e de plasma, sistema de alarmes, sistema de iluminação urbana ( os postes de luz que acendem e apagam sozinho), etc....
 

  Futuramente veremos um efeito semelhante ao efeito fotoelétrico, será que você consegue adivinhar o qual? ;)







Referências:



• GRIFFITHS, D. J. Introduction to quantum mechanics. 2.e d., Prentice-Hall, 2005.
• Robert Eisberg, Robert Resnick,.Quantum Physics of Atom, Molecules, Solids, Nuclei, and Particles, 2nd edition, John Wiley & Sons, 1985
• HEWITT, P. G., Conceptual Physics. 12 ed. San Francisco: Pearson Education, Inc., 2015.