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 forem curtos o bastante para ejetar elétrons (a energia dos fótons está acima da energia 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 = 2.998×10⁸ 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 hc (≈1240 eV·nm quando λ está em nm) 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.
Física moderna
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