Alunos dos 3os. anos do Ensino Médio.
Efeito Fotoelétrico
A Física estava em seu auge de compreender o mundo natural a partir de 1900. Apenas três coisas que ainda não havia explicado. O estudo da Física estaria completo uma vez que a radiação de corpo negro, efeito fotoelétrico e espectros atômicos fossem explicados. Essa suposição estava errada e levou a um novo ramo da física, hoje conhecido como mecânica quântica. Este roteiro irá investigar o efeito fotoelétrico. O efeito fotoelétrico é a emissão de elétrons de uma superfície quando iluminados com luz de uma determinada frequência. O primeiro insight para a compreensão deste fenômeno foi apresentado em 1900 por Max Planck. Sua fórmula, E = hf, relaciona a energia de um fóton com sua frequência. Albert Einstein estendeu essa idéia de energia fotônica quantizada em um fluxo de fótons (radiação eletromagnética) e explicou o efeito fotoelétrico.Efeito Fotoelétrico
Parte 1
Objetivo - qual é a relação entre a energia de um fóton e sua freqüência?
Parte 2
Objetivo - o que determina se os elétrons são ejetados da superfície?
Gráfico qualitativo da energia fotônica versus frequência sobre os eixos para a direita.
1. Ir para http://phet.colorado.edu/simulations/sims.php?sim=Photoelectric_Effect e começar a simulação.
2. Fazer os seguintes ajustes para a simulação, uma vez que lançou.
- Aumentar a intensidade para 50%
- Ative a caixa de seleção "energia do elétron vs frequência de luz".
Uma vez que estes ajustamentos foram feitos, você deve observar a ejeção dos elétrons da superfície.
3. Aumente o comprimento de onda da luz até que elétrons não sejam mais ejetados. Anote o comprimento de onda na tabela abaixo e complete as outras colunas observando o gráfico e efetuando cálculos quando necessário.
1 elétron-volt (eV) = 1,6 X 10-19 J
4. Repita os passos acima para cada um dos metais abaixo.
Metal
|
Comprimento de onda (nm)
|
Frequência
(Hz)
|
Energia
(J)
|
Energia
(eV)
|
Sódio
| ||||
Zinco
| ||||
Cobre
| ||||
Platina
| ||||
Cálcio
|
5. A frequência mínima de um fóton que pode ejetar um elétron de uma superfície chama-se frequência de corte fC. Qual é a frequência de corte, para cada um dos metais?
Metal
|
Frequência de limite (Hz)
|
Sódio
| |
Zinco
| |
Cobre
| |
Platina
| |
Cálcio
|
Parte 3
Objetivo - o que determina a energia dos elétrons ejetados?
6. A quantidade mínima de energia necessária para um elétron escapar de um metal é chamada a função trabalho, W e é dada pela equação W = h.fC. Calcule a função trabalho para cada um dos metais em joules e elétron-volts usando as freqüências de corte para cada metal.
· h = 6.63x10-34 Js ou h = 4,14x10-15 eVs
Metal
|
Função de trabalho (J)
|
Função de trabalho (eV)
|
Sódio
| ||
Zinco
| ||
Cobre
| ||
Platina
| ||
Cálcio
|
7. Quando um elétron é ejetado da superfície, que tipo de energia o elétron possui? Abaixo está um gráfico de energia do elétron vs frequência para a platina.
· A frequência de corte.
· A faixa de frequências que dão ao elétron uma energia cinética maior que zero.
· A faixa de frequências que não ejetar um elétron.
Parte 4
Objetivo - o que afeta o número de elétrons ejetados?
8. Fazer os seguintes ajustes adicionais para a simulação.
· Ative a caixa de seleção "corrente vs intensidade da luz".
· Selecione a metal platina.
9. Ajustar a frequência da luz incidente ligeiramente acima da frequência de corte.
10. Variar a intensidade da luz e observar qualquer alteração no número de elétrons ejetados.
11. Aumentar a frequência da luz incidente até que é atingir um valor bem acima da frequência de corte.
12. Variar a intensidade da luz e observar qualquer alteração no número de elétrons ejetados.
Parte 5
Objetivo - o que determina se o efeito fotoelétrico ocorre?
13. Qual é a relação entre a frequência do fóton incidente, frequência de corte e a ejeção de elétrons?
14. Qual é a relação entre a energia do fóton incidente, a função trabalho e a ejeção de elétrons?
15. Qual é a relação entre a energia cinética dos elétrons ejetados, a energia do fóton incidente e a função trabalho?
16. Qual é a relação entre a intensidade da luz incidente e a energia cinética dos elétrons ejetados?
17. Qual é a relação entre a intensidade da luz incidente e o número de elétrons ejetados?
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