química para não-majores

objectivos de aprendizagem

  • descrever o efeito fotoelétrico.é fã de ficção científica?

    em histórias antigas de ficção científica (1950), um dos temas de viagens espaciais foi o uso de velas solares para propulsão. A idéia era que a pressão do fóton do sol empurraria a vela (como as velas do vento) e moveria a nave espacial. O que antes era ficção científica é agora realidade enquanto velas solares estão sendo desenvolvidas e testadas para viagens espaciais modernas.

    Imagem de uma vela solar

Efeito Fotoelétrico e a Natureza particulada da Luz

Em 1905, Albert Einstein (1879-1955) propôs que a luz é descrito como quanta de energia que se comportam como partículas. Um fóton é uma partícula de radiação eletromagnética que tem massa zero e carrega um quantum de energia. A energia dos fótons de luz é quantizada de acordo com a equação e = hv. Por muitos anos a luz foi descrita usando apenas conceitos de onda, e cientistas treinados na física clássica acharam esta dualidade de luz onda-partícula como uma ideia difícil de aceitar. A key experiment that was explained by Einstein using light’s particle nature was called the photoelectric effect.

o efeito fotoelétrico é um fenômeno que ocorre quando a luz brilhou sobre uma superfície de metal faz com que a ejeção de elétrons desse metal. Observou-se que apenas certas frequências de luz são capazes de causar a ejeção de elétrons. Se a frequência da luz incidente é muito baixa (luz vermelha, por exemplo), então nenhum elétrons foi ejetado mesmo se a intensidade da luz era muito alta ou foi brilhada na superfície por um longo tempo. Se a frequência da luz era maior (luz verde, por exemplo), então os elétrons eram capazes de ser ejetados da superfície de metal, mesmo que a intensidade da luz fosse muito baixa ou ela fosse brilhada por apenas um curto período de tempo. Esta frequência mínima necessária para causar ejeção de elétrons é referida como a frequência limite.

A Física Clássica foi incapaz de explicar o efeito fotoelétrico. Se a física clássica aplicada a esta situação, o elétron no metal poderia eventualmente coletar energia suficiente para ser ejetado da superfície, mesmo que a luz recebida fosse de baixa frequência. Einstein usou a teoria das partículas da luz para explicar o efeito fotoelétrico como mostrado na figura abaixo.

Diagrama do efeito fotoelétrico

a Figura 1. A luz de baixa frequência (vermelha) é incapaz de causar ejeção de elétrons da superfície do metal. Em ou acima da frequência limiar (verde) elétrons são ejetados. A frequência ainda mais elevada de luz recebida (azul) causa ejeção do mesmo número de elétrons, mas com maior velocidade.

células Fotoelétricas poder de uma calculadora

Figura 2. As células fotoelétricas convertem a energia da luz em energia elétrica que alimenta esta calculadora.

considere a equação e = hv. O E é a energia mínima necessária para que o elétron do metal seja ejetado. Se a frequência da luz de entrada, v, estiver abaixo da frequência limiar, nunca haverá energia suficiente para fazer com que o elétron seja ejetado. Se a frequência for igual ou superior à frequência limiar, os elétrons serão ejetados.

à medida que a frequência aumenta para além do limiar, os elétrons ejetados simplesmente se movem mais rápido. Um aumento na intensidade da luz recebida que está acima da frequência limiar faz com que o número de elétrons que são ejetados aumente, mas eles não viajam mais rápido. O efeito fotoelétrico é aplicado em dispositivos chamados células fotoelétricas, que são comumente encontrados em itens cotidianos, como uma calculadora que usa a energia da luz para gerar eletricidade.

resumo

  • A luz tem propriedades tanto de uma onda como de uma partícula.o efeito fotoelétrico é produzido pela luz que golpeia um metal e desloca elétrons da superfície do metal.

prática

Use a ligação abaixo para responder às seguintes perguntas::http://www.citycollegiate.com/physicsXII_photocell.htm

  1. Qual é o material emissor nesta fotocópia?o que faz com que os fotoelectrões sejam emitidos?
  2. o actual aumenta ou diminui com um aumento na intensidade da luz?o que acontece se a luz não atingir o cátodo?quais são as propriedades de um fóton?o que mostra o efeito fotoelétrico sobre as propriedades da luz?como é que a frequência da luz afecta a libertação de fótons?

glossário

  • célula fotoeléctrica: utilizar a energia da luz para gerar electricidade.efeito fotoeléctrico: um fenómeno que ocorre quando a luz brilha sobre uma superfície de metal e provoca a ejecção de electrões desse metal.fóton: uma partícula de radiação eletromagnética que tem massa zero e carrega um quantum de energia.frequência limiar: frequência mínima necessária para causar ejecção electrónica.
Mostrar Referências

  1. Cortesia da NASA/Marshall Space Flight Center. http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Solar_sail_tests.jpg.
  2. CK-12 Foundation – Christopher Auyeung.
  3. Sergei Frolov. http://commons.wikimedia.org/wiki/File:FX-77.JPG.

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