Efeito Fotoelétrico - Brasil Escola

[Música] E aí rapaziada, eu sou o Soag, professor de física. Hoje vamos estar comentando sobre o efeito fotoelétrico. Você ligar a sua televisão pelo controle remoto, jogar aquele videogame com controle sem fio, controlar remotamente qualquer equipamento, verá as luzes da cidade sendo acesas e apagadas automaticamente. Todos os dias, a gente tem o efeito elétrico envolvido nesses fenômenos. Sensores fotoelétricos, células fotovoltaicas, todas elas, dispositivos de visão noturna, funcionam com um fenômeno simples e que causou uma revolução na física. Vem [Música] comigo, então vamos lá, meus queridos. O que é o efeito fotoelétrico? Foto sugere luz, elétrico eletricidade. No final dos anos 1900, o indivíduo conhecido como Hertz, ele demonstrou experimentalmente esse efeito. O efeito fotoelétrico consiste em você pegar um material, geralmente o metal, lançar luz ou qualquer outro tipo de onda eletromagnética nele, e ao ser atingido pela luz, você vai arrancar elétrons desse metal. A figura mostra o efeito fotoelétrico, onde uma onda eletromagnética ao atingir esse metal, fornece energia para arrancar os seus elétrons. A emissão desses elétrons pela absorção da energia das ondas eletromagnéticas consiste o que nós chamamos de efeito fotoelétrico.

Ok, Soag, eu entendi o que é o efeito fotoelétrico, mas o que isso tem de tão importante? Na realidade, quando o efeito fotoelétrico foi demonstrado pelo Hertz, uma série de experiências demonstraram que alguns problemas a física da época, a, entre aspas, física clássica, não explicava. Quando uma onda eletromagnética incide em um material, se ela tem energia suficiente, ela vai fazer com que esse material ejete elétrons. O primeiro problema que nós tivemos e a física da época não sabia explicar: o efeito fotoelétrico só ocorria, para o espanto geral, a partir de certas frequências. Esse desenho mostra uma placa sendo atingida por uma onda eletromagnética. Se, por exemplo, com a luz vermelha não ocorresse o efeito, a física da época achava que aumentando a potência da fonte luminosa, uma hora nós teríamos a energia suficiente para arrancar esses elétrons, mas nada disso era observado experimentalmente. Para a luz vermelha não acontecia. Tentava com laranja, amarelo, aí com verde o efeito começava a acontecer. Enfim, para cada material, o efeito fotoelétrico só, só ocorre a partir de uma determinada frequência mínima, e a física da época não explicava isso.

Segundo problema, segundo mistério. Até então, quando a onda eletromagnética incide no material, o elétron vai ser arrancado e ele vai sair com uma certa energia cinética. A teoria da época previa que quanto maior a potência, ou potência, né, quanto mais Watts a lambda tivesse, mais energia cinética o elétron ejetado teria. E isso também não era verificado experimentalmente. O segundo grande problema, o segundo grande mistério que apareceu com o efeito fotoelétrico é que a energia cinética dos fótons ejetados, fótons ejetados, fótons ejetados, não depende, ela independe da potência da fonte que criou as ondas eletromagnéticas. Enfim, como resolver esses dois grandes mistérios? Eis que surge uma das mais brilhantes mentes da física, um sujeito chamado Albert Einstein. O Einstein, em 1905, teve o que a gente chama de anos mirabilis. Nesse ano, você tá pensando, não, meu amigo, tá, foi um ano, cara, onde ele publicou três trabalhos que revolucionaram a ciência. O prêmio Nobel que o Einstein tem não é nem pela teoria da relatividade, pois o povo não a compreendia na época. O prêmio Nobel que o Einstein tem é devido à explicação desse efeito fotoelétrico.

Para explicar isso, Einstein propôs três, três, três detalhes importantíssimos. Primeiro, Einstein imaginou que viajando junto com as ondas eletromagnéticas, elas não poderiam transportar a energia de qualquer maneira. Como nós vamos reforçar aqui, a energia que as ondas eletromagnéticas transportam, ela é quantizada, ou seja, ela não possui quaisquer quantidades. A energia que uma onda eletromagnética carrega, ela é transportada em pequenas cápsulas, pequenos pacotinhos que nós chamamos de fóton.

A segunda proposta de Einstein para explicar esses mistérios que ocorriam no efeito fotoelétrico é que quando o elétron absorve a energia dos fótons, a energia, ela é absorvida individualmente. Quando o fóton bate no elétron, se ele não tiver a energia mínima para arrancar esse, esse elétron, o efeito não ocorre. Se o fóton tiver a energia suficiente, esse elétron será ejetado e o excesso de energia é transformado em energia cinética. Enfim, isso explicava o fato de o efeito só ocorrer para determinadas frequências.

E o terceiro detalhe proposto por Einstein é que a energia que os fótons transportam é dado por esta equação: E é igual a h vezes f. Essa equação foi proposta em um trabalho antes do Einstein por um cara chamado Planck. Aqui nessa equação, E é a energia de cada fóton, h é a constante de Planck, e f é a frequência em unidades do sistema internacional. A energia E é dada em Joules, a frequência f em Hertz, e a constante de Planck, que vale aproximadamente 6.6 x 10 a -34, é dada em Joules vezes segundo. Enfim, essa equação mostra para ti que quanto maior a frequência de uma onda eletromagnética, maior é a energia dos fótons que ela transportam. Então, o efeito só ocorre a partir de determinadas frequências porque abaixo dessa frequência, o fóton não tem a energia suficiente para arrancar o elétron.

Cara, com isso, o efeito fotoelétrico ficou bem compreendido e deu margem pra gente desenvolver futuramente um monte de equipamentos que usam esse efeito. Lembrando que existe uma energia mínima para você arrancar os elétrons, isso é conhecido como função trabalho. E caso o fóton tenha uma energia maior do que esse valor, o excesso de energia é transformado em energia cinética. Então, no efeito fotoelétrico, a potência não vai influenciar na energia cinética dos elétrons ejetados, porque muitos Watts, uma potência alta, significa vários fótons, só que cada um deles com a energia pré-determinada. O excesso de energia que o elétron tem depende única e exclusivamente da frequência da onda que incide sobre ele.

Então, a gente espera que você tenha compreendido esse famoso efeito, porque ele marca um nascimento da física quântica. Antes da equação de Planck, a gente tinha uma física chamada física clássica, e após a equação de Planck e seus trabalhos, nós temos o famoso nascimento da física moderna e também da física quântica. E é isso aí, a gente espera ter te ajudado. E se você gostou, meu amigo, dá uma ajuda pra gente, curta, compartilha, nos acompanhe em nossas redes sociais, se inscreva em nosso canal. E qualquer dúvida, meu amigo, acesse os links na descrição abaixo. Aquele [Música] abraço.