Efeito fotoelétrico

Um elétron pode ser removido de um material metálico. Isso ocorre devido ao efeito fotoelétrico.

Coube a Albert Einstein esclarecer os fenômenos do efeito fotoelétrico. Mas o que seria esse efeito? Nessa matéria, você vai compreender o que é, como funciona, suas características e aplicações em nosso cotidiano. Além disso, será apresentada a fórmula para calcular o valor da energia do efeito fotoelétrico. Acompanhe:

O que é o efeito fotoelétrico

O efeito fotoelétrico ocorre quando radiações eletromagnéticas de um tipo específico incidem em alguma placa metálica e fazem com que elétrons pertencentes a ela escapem, após absorverem uma certa quantidade de energia. Primeiramente, ele foi descoberto na metade do século XIX, pelo físico russo Alexander Staletov (1839-1896) e o físico alemão Heinrich Hertz (1857-1894).

Entretanto, foi apenas em 1905 que, com a noção de quantização da energia de Max Plank, Albert Einstein conseguiu explicar corretamente o fenômeno do efeito fotoelétrico.

Como funciona o efeito fotoelétrico

A imagem acima, retirada de um experimento online do site PhET, mostra como ocorre o efeito fotoelétrico. Einstein denominou os elementos de onda cuja energia é compartimentada em quanta de luz, os quais são chamados de fótons. Cada um dos fótons carrega uma quantidade de energia E, denominada quantum de energia. Ela é proporcional à frequência da radiação eletromagnética e pode ser expressa da seguinte forma:

Na fórmula, h é a constante de Plank e f é a frequência da onda eletromagnética. Cada um dos fótons cede energia para um único elétron, ou seja, o elétron absorve um fóton ou nada absorve. Para que esse elétron seja removido do metal, ele deve receber um mínimo de energia, chamada de função trabalho (τ). Essa função trabalho vária de material para material.

Caso a energia do fóton seja maior ou igual à função trabalho, então o elétron é removido do metal. Dessa forma, Einstein conseguiu expressar matematicamente essa situação, que foi denominada de equação fotoelétrica de Einstein. Ela é representada da seguinte maneira:

Além disso, é necessário que a radiação eletromagnética tenha uma frequência mínima para que o efeito fotoelétrico ocorra.

Características principais do efeito

Existem, nesse efeito, algumas características que só foram explicadas por Einstein em seu artigo. A seguir, são apresentadas as principais delas:

  • A energia cinética dos elétrons independe da intensidade da luz que incide no metal;
  • Para que ocorra o efeito fotoelétrico, é preciso que a frequência da radiação eletromagnética seja maior que a frequência mínima, conhecida como frequência de corte;
  • Não é possível medir, experimentalmente, o intervalo de tempo entre o momento da incidência da radiação no metal e o momento em que os fotoelétrons são emitidos.

Essas são as principais características do efeito fotoelétrico, que possui várias aplicações no nosso cotidiano. Continue acompanhando a seguir!

Aplicações no dia a dia

Como vimos, o efeito fotoelétrico é a emissão de elétrons de uma superfície metálica, quando uma radiação eletromagnética incide sobre ela. Esse fenômeno pode ser utilizado em várias ocasiões no nosso cotidiano. Confira as principais:

  • Dispositivos para abertura e fechamento de portas automáticas;
  • Sistemas de segurança e alarmes;
  • Interruptores automáticos para a iluminação de vias públicas;
  • Fotômetros de máquinas fotográficas, que controlam o tempo de exposição de filmes.

Esses dispositivos funcionam a partir da mesma ideia, que é a utilização da célula fotoelétrica. Outra aplicação muito útil e bastante utilizada para a geração de energia limpa são os painéis solares. Esses painéis utilizam uma célula fotovoltaica que usa o efeito fotoelétrico para a geração de energia.

Vídeos sobre o efeito fotoelétrico

Para que você entenda melhor o que é esse efeito, apresentaremos vídeos com mais detalhes sobre ele. Dessa forma, seus estudos ficarão completos. Acompanhe!

O efeito fotoelétrico

Nesse vídeo, é apresentado o conceito do efeito fotoelétrico e quais os problemas encontrados na física a seu respeito antes da publicação do artigo de Einstein.

Teoria sobre o efeito fotoelétrico

Aqui, você confere o conceito teórico sobre esse efeito e acompanha as equações utilizadas para expressá-lo.

Exercícios resolvidos

Para que você não fique com nenhuma duvida sobre o conteúdo, esse vídeo apresenta a resolução de exercícios. Acompanhe!

Para finalizar e fixar melhor o conteúdo, não deixe de conferir os exercícios resolvidos abaixo. E para continuar seus estudos de física, veja também nossa matéria sobre corrente elétrica!

Referências

As faces da física (2007) – Wilson Carron e Osvaldo Guimarães
Física para o ensino médio – volume 3 (2016) – Kazuhito Yamamoto e Luiz Felipe Fuke

Guilherme Santana da Silva
Por Guilherme Santana da Silva

Graduado no curso de Física pela Universidade Estadual de Maringá. Professor assistente em um colégio de ensino médio e preparatório para os vestibulares. Nas horas vagas se dedica à vida religiosa, praticar mountain bike, tocar bateria, dar atenção à família e cuidar de suas duas gatinhas Penélope e Mel.

Como referenciar este conteúdo

Santana, Guilherme. Efeito fotoelétrico. Todo Estudo. Disponível em: https://www.todoestudo.com.br/fisica/efeito-fotoeletrico. Acesso em: 25 de September de 2020.

Exercícios resolvidos

1.

A tabela abaixo mostra as frequências para três tipos distintos de ondas eletromagnéticas, que irão atingir uma placa metálica cuja função trabalho corresponde a 4,5eV. A partir dos valores das frequências, podemos afirmar que:

Dados: Considere a constante de Planck como h = 4,0.10 –15 eV.s, e a velocidade da luz no vácuo c = 3,0.108m/s

a) A onda C possui frequência menor que a frequência de corte.

b) A energia cinética do fotoelétron atingido pela onda D é de 13,5eV.

c) O efeito fotoelétrico não ocorrerá com nenhuma das ondas.

d) A razão entre a frequência de corte e a frequência da onda A é 0,085.

e) O comprimento de onda referente à onda B é 2,0.10 –10 m.

Da equação do efeito fotoelétrico, temos: EC = h.f – τ

Substituindo os valores da constante de Plank, da frequência e da função trabalho, temos que:

EC = 4,0.10 –15. 4,5.1015 – 4,5

EC = 18 – 4,5 = 13,5 eV

RESPOSTA: b)

2.

Sobre o efeito fotoelétrico, marque a alternativa correta:

a) O efeito fotoelétrico depende da intensidade da radiação incidente sobre a placa metálica.

b) Não há frequência mínima necessária para a ocorrência desse fenômeno.

c) A frequência de corte é fruto da razão entre a função trabalho e a constante de Planck.

d) A energia cinética dos fotoelétrons é diretamente proporcional ao comprimento de onda da radiação incidente.

a) FALSA: o efeito fotoelétrico não depende da intensidade da radiação incidente.

b)FALSA: existe uma frequência mínima, conhecida como frequência de corte.

c)FALSA: a frequência de corte ocorre quando a energia cinética é nula.

d)CORRETA: A energia pode ser diretamente relacionada com a frequência da radiação incidente.

RESPOSTA: d)

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