Efeito Fotoelétrico
Como Einsten relacionou o efeito fotoelétrico com a quantização da energia
FÍSICA MODERNA
Em 1887, Hertz desenvolvia pesquisas para geração e detecção de ondas eletromagnéticas. Ele percebeu um estranho fenômeno: o brilho das faíscas do transmissor, um efeito secundário de seu experimento, tornava o detector mais sensível. Pesquisando o fenômeno, Hertz concluiu que ele era provocado pelas radiações ultravioletas emitidas por essas faíscas. Lenard, após a morte de Hertz, acabou por descobrir a essência do fenômeno: a luz é capaz de arrancar elétrons de um metal. Ele próprio formulou duas leis experimentais para o fenômeno, atualmente chamado de efeito fotoelétrico:
Para determinada frequência, o número de elétrons emitidos pela placa metálica iluminada é proporcional à intensidade da luz incidente na placa.
A energia cinética dos elétrons emitidos pela placa é proporcional à frequência da radiação incidente; não depende da intensidade dessa radiação.
Essas leis, particularmente a segunda, traziam uma novidade inexplicável do ponto de vista da teoria ondulatória da luz: a relação entre a frequência e energia da onda eletromagnética. A maior parte das radiações visíveis não produz emissão de elétrons de nenhum metal, qualquer que seja sua intensidade. No entanto, as radiações ultravioletas, mesmo de intensidade muito pequena, produzem a emissão de elétrons para a maioria dos metais. Esse resultado é surpreendente, pois, se considerarmos que os elétrons do metal são arrancados pela energia da onda eletromagnética e lembrarmos que a energia da onda está relacionada à sua amplitude (intensidade), como demonstrou Maxwell, devemos esperar que luz de maior intensidade deveria produzir uma corrente elétrica, de elétrons emitidos pelo metal de maior intensidade, o que, de fato não ocorria. Qual deveria ser, então, a relação entre a energia de uma onda eletromagnética e sua frequência?
A solução desse impasse foi dada por Einstein em 1905. Usando o modelo desenvolvido por Planck, de que a energia é quantizada, Einstein propôs: a energia da luz, assim como de qualquer radiação eletromagnética, não se distribui uniformemente pelo espaço como sugere a teoria ondulatória. Ela se concentra em pequenos quantas de energia. Em resumo, Einstein propunha que a luz deveria ser constituída de pequenos corpúsculos ou quanta de luz (chamados posteriormente de fótons), que são, na verdade, pacotes de energia proporcional à freqüência da radiação. E = h f.
Dessa forma, o modelo de Eisntein explicava perfeitamente bem o Efeito Fotoelétrico. Para arrancar um elétron da estrutura do átomo, é necessário fornecer energia. Essa energia seria fornecida pelo fóton que, ao penetrar numa superfície metálica, atinge um elétron e transfere a esse elétron toda a sua energia. Se a energia fornecida pelo fóton for suficiente para arrancar o elétron, ele escapa do átomo e a sobra de energia é convertida em energia cinética do elétron (EC(max) = hf – TM). Isso explica bem por que a radiação ultravioleta, de freqüência mais alta que a luz visível e portanto transportando fótons mais energéticos, conseguia arrancar elétrons da maioria dos metais. Por outro lado, se luz visível, mesmo de grande intensidade, atingir a placa, os elétrons não são arrancados, já que os fótons de luz possuem pouca energia (luz visível possui menor freqüência que o ultravioleta).
O modelo de Einstein seria o retorno à teoria corpuscular de Newton? Depois de tanto tempo, estaria a ciência recuperando a teoria corpuscular da luz? Não é bem assim. Novos atores ainda vão entrar nessa história.
Continua no próximo post...
Sequencia dos posts em direção à Física Quântica
Concepção, criação e desenvolvimento: Prof. Gielton
