Relatório: Efeito Fotoelétrico Virtual - Cálculo de Comprimento de Onda e Potencial, Notas de estudo de Física

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PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO RIO GRANDE DO SUL

Faculdade de Física

RELATÓRIO EXPERIMENTO: EFEITO FOTOELETRICO VIRTUAL

Cristiano Quadros Karnas e Bruno Acosta.

Porto Alegre

2021

Introdução

O início do século XX é marcado por grandes avanços na Física, basicamente

tudo o que envolvia os átomos e suas possíveis interações (a radiação do corpo negro, o

efeito fotoelétrico e a radioatividade) foi descoberto nessa época. Uma das maiores

inovação foi a concepção do átomo com elétrons orbitando o núcleo. Foi descoberto

também que os elétrons praticavam saltos entre os níveis de energia, podendo ate, serem

trocados entre dois átomos diferentes.

O efeito fotoelétrico é a emissão de elétrons (fotoelétrons) de um material

quando exposto a uma radiação eletromagnética de frequência alta o bastante. O efeito

fotoelétrico pode ser mais fácil de compreender se a radiação eletromagnética for

considerada como um conjunto de partículas (fótons).

No experimento virtual a seguir temos duas placas metálicas e uma ddp entre

elas (∆V). Sem a radiação eletromagnética, não existe corrente elétrica induzida no

circuito. A corrente elétrica aparece a partir dos elétrons que são arrancados da

superfície da placa, ou então se ligarmos a fonte de energia (bateria).

A ddp apresentada quando se interrompe a corrente, é chamada de diferença de

potencial de corte (∆V 0

). Os elétrons arrancados têm energia cinética máxima e

aceleração negativa. Desse modo, o trabalho realizado pelo campo elétrico sobre cada

elétron, é igual ao produto da carga do elétron pela diferença de potencial entre as

placas, e sabendo que W = ∆K, vemos que: e∆V 0

= K

máx

. Então, podemos dizer que ∆V 0

está relacionado à energia cinética máxima dos elétrons emitidos pelo efeito fotoelétrico.

As questões respondidas foram:

1- Calcule o comprimento de onda máximo para que haja emissão de fotoelétrons em um

alvo de: (a) Na e (b) Pt. (c) Confira esses valores no simulador e apresente gráficos que

comprovem seus cálculos. (d) Quais são, respectivamente, as faixas do espectro

eletromagnético dessas radiações?

2- Calcule o potencial de corte para fótons de comprimento de onda de 130 nm incidindo

em: (a) Na e (b) Pt. (c) Confira esses valores no simulador e apresente gráficos que

comprovem seus cálculos.

3- Com auxílio de gráficos gerados pelo aplicativo,responda: a) A tensão onde a corrente

satura em uma curva de i x V, muda de acordo com a intensidade do feixe incidente? ;

b) A tensão onde a corrente satura em uma curva de i x V, muda de acordo com o

material alvo?

Resultados e análise dos resultados

1. Calcule o comprimento de onda máximo para que haja emissão de fotoelétrons em um

alvo de: (a) Na e (b) Pt. (c) Confira esses valores no simulador e apresente gráficos que

comprovem seus cálculos. (d) Quais são respectivamente, as faixas do espectro

eletromagnético dessas radiações?

O comprimento de onda máximo pode ser relacionado com a frequência mínima

da radiação, conhecida por “limiar vermelho do efeito fotoelétrico” e depende da

substância de que é feita a placa.

Na)

E

min

= h f =⏀=

h c

E =4,14. 10

− 15

− 15

− 15

eVs 3. 10

8

m

s

2,28 eV

− 7

m

− 7

m≅ 543,8. n m = ⋋

Este comprimento de onda corresponde à cor verde, que vai do intervalo de 495nm a

570nm. Podemos verificar no gráfico ao lado do experimento que a frequência mínima

está um pouco abaixo de 0,

. 10

− 15

e esse valor bate com a frequência encontrada,

assim como o comprimento de onda.

Pt)

E =4,14. 10

− 15

− 15

− 15

eVs 3. 10

8

m

s

6,5 eV

− 7

m

− 7

m≅ 191 n m = ⋋

Este comprimento de onda corresponde ao UVC, região do espectro ultravioleta que se

propaga no vácuo, de 10nm a 200nm. Assim como no caso anterior, a frequência gerada

no gráfico é parecida com a calculada (não existe precisão), assim como o comprimento

de onda.

hf = W

liberar eletron

+ K

eletron

K

max

= hf −⏀= e ∆ V

0

e ∆ V

0

= h f −⏀

∆ V

0

h f −⏀

e

Na)

h c

− 15

eVs 3. 10

8

m

s

− 9

m

=9,55 eV

f =

c

8 m

s

− 9

m

16

Hz

∆ V

0

− 15

eVs. 0,23. 10

16

s

− 1

)−9,55 eV

− 19

− 19

17

Pt)

A função trabalho depende da frequência, que por sua vez, depende do

comprimento de onda, ou seja, mesmo se alterarmos o material, o potencial de corte se

mantém o mesmo.

∆ V

0

− 15

16

− 19

− 19

17

3. Com auxílio de gráficos gerados pelo aplicativo, responda:

a) A tensão onde a corrente satura em uma curva de i x V, muda de acordo com a

intensidade do feixe incidente?

Não, podemos aumentar a intensidade da luz o quanto quisermos que a tensão

será sempre a mesma, a não ser que se mude a corrente fornecida pela bateria, assim a

tensão também seria alterada, ou então, se alterarmos a frequência / comprimento de

onda, a corrente também se altera, ou seja, a tensão também.

2. A diferença de potencial de corte é a mesma qualquer que seja a intensidade da

radiação eletromagnética incidente.

3. A energia dos elétrons arrancados depende da frequência e não da intensidade da

radiação eletromagnética incidente.

4. Não existe retardo entre o instante em que a radiação eletromagnética atinge a

superfície da placa e o instante em que aparecem os elétrons arrancados.

Bibliografia

EISBERG, R., RESNICK, R. Física Quântica: átomos, moléculas, sólidos, núcleos e partículas. 4ª

ed. ou anteriores. Rio de Janeiro: Editora Campus, 1986.