O efeito fotoelétrico: um limite energético nítido
1 · Prever
Luz de diferentes comprimentos de onda atinge um metal com função de trabalho 2.3 eV. Enquanto ambos os comprimentos de onda estiverem acima do limite, um fóton mais azul (comprimento de onda mais curto) ejeta um elétron com mais energia cinética?
- Não – a energia cinética depende apenas da intensidade da luz, não do comprimento de onda.
- Depende da cor do metal, não do comprimento de onda da luz.
- Sim - acima do limite, comprimento de onda mais curto significa maior energia do fóton, então os elétrons ejetados têm mais energia cinética.
2 · Preparar
- Abra a predefinição do limite fotoelétrico e pressione Redefinir. A função de trabalho da fotocélula está fixada em 2.3 eV.
- Ative as leituras de energia de fótons e energia cinética máxima.
- Defina o comprimento de onda da luz para cada tentativa e registre a energia cinética máxima dos elétrons ejetados.
3 · Coletar Dados
| Comprimento de onda λ (nm) | Energia do fóton E_γ (eV) | Energia cinética máxima K_max (eV) |
|---|---|---|
| 300.00 | ||
| 350.00 | ||
| 400.00 |
Plote K_max (eixo y) em relação a 1/λ (eixo x) para suas três tentativas. A linha é reta?
4 · Analisar
- Para uma tentativa, calcule E_γ = hc/λ usando h = 6.626×10⁻³⁴ J·s, c = 3×10⁸ m/s, então K_max = E_γ − φ usando φ = 2.3 eV. Compare ambos com a tabela.
- Explique por que K_max aumenta linearmente com a energia do fóton (e, portanto, com 1/λ) quando você está acima do limite, com uma inclinação de exatamente 1 e uma interceptação y de −φ.
5 · Aprofundar
- A teoria clássica das ondas previu que mesmo a luz fraca e de baixa frequência deveria eventualmente ejetar elétrons se você esperasse o suficiente ou aumentasse a intensidade. Explique por que o limiar de energia nítido do efeito fotoelétrico (independentemente da intensidade) era tão surpreendente antes da explicação do fóton de Einstein.
- Se você duplicasse a intensidade da luz no mesmo comprimento de onda, K_max mudaria? O que mudaria em vez disso?
A física por trás deste experimento
Energia de fótons
A energia de um fóton depende apenas de seu comprimento de onda (ou frequência): E = hc/λ = hf. Comprimento de onda mais curto significa fótons de maior energia.
Energia cinética máxima do fotoelétron
Equação fotoelétrica de Einstein: a energia de um fóton que chega paga primeiro a função de trabalho (a energia que liga um elétron ao metal), e o que sobra torna-se a energia cinética do elétron ejetado: K_max = E_γ − φ.