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Efeito fotoelétrico

Transcrição de vídeo

às vezes a luz parece agir como uma onda e às vezes como uma partícula e um bom exemplo disso seria o efeito fotoelétrico como descrito por ice em então vamos dizer que tenhamos aqui um pedaço de metal ea gente sabe que esse metal tem elétrons certo eu vou desenhar que o pequeno elétron para representar isso o elétron tendo carga negativa e esse elétron fique ligado o metal porque ele é atraído pelas cargas positivas no núcleo de cada um dos átomos aqui presente nesse material agora se você incidir um feixe de luz sobre o metal de modo que esse feixe de luz seja do tipo certo com uma determinada freqüência bem específica você consegue realmente arrancar elétrons desse metal fazendo com que vários eletros saia desse metal formando uma corrente de elétrons e se você parar pra pensar bem a respeito disso seria uma espécie de colisão entre duas partículas e claro nem pensando na luz como se fosse uma partícula então eu vou colocar aqui uma pequena partícula de luz certo e essa partícula de luz aqui chamada de fóton e apesar dessa partícula possuía energia ela não possui massa agora se esse fóton incidir sobre essa placa metálica e colide com o elétron caso ele tenha energia suficiente ele vai conseguir liberar esse elétron aqui dessa placa metálica esses elétrons quando foi liberado dessa placa metálica através da colisão com o fóton ele vai ser chamado de foto elétron e esse foto elétron que possui massa vai sair dessa placa com uma certa velocidade por esse fato a gente pode dizer que esse foco elétron possui uma certa energia cinética e essa energia cinética vai ser determinada pela metade da massa vezes a velocidade elevada ao quadrado então recapitulando esse elétrica que foi arrancado dessa placa devido à interação aqui com foto e se a gente pensar em termos de física clássica existe uma conservação de energia que é certo ou seja a energia que esse foto estava transportando foi necessária para arrancar esse elétron e também fazer com que ele saísse com uma certa velocidade então a gente pode até escrever isso aqui a energia que o fóton estava transportando por isso a gente bota que energia do fóton vai ser igual uma energia necessária para arrancar o elétron aqui da placa mais a energia cinética que desse foto elétrons certo então pensando aqui no princípio da conservação de energia energia que o fato tinha é igual a energia para arrancar aqui o elétron mas a energia cinética que o elétron vai ser dessa placa certo então parte da energia do foto foi utilizada para arrancar o elétron e parte foi para energia cinética que desse foco é lento agora se a gente quiser determinar se a energia cinética com a qual elétron foi arrancado dessa placa basta a gente resolver pra esse s aqui e isolar ele nessa expressão a gente tem aqui que a energia cinética do elétron vai ser igual a energia do fóton seja energia que estava sendo transportada pelo foto - esse é zero e esse é zero aqui a gente costuma chamar de função trabalho que é a energia necessária energia mínima necessária para arrancar o elétron de uma placa e é claro que essa função aqui trabalho vai depender do tipo de material e estamos observando ou seja do tipo de material que está ocorrendo o efeito fotoelétrico vai variar de metal para metal agora que a gente já entender um pouquinho sobre o efeito fotoelétrico vamos tentar resolver um exemplo o exemplo diz o seguinte se o photo um comprimento de onda igual a 525 nanômetros em si disse sobre uma superfície metálica de sérgio em que a função trabalho para o sérgio é igual a 3,43 vezes 10 a menos 19 jovens qual seria a velocidade do photo elétron produzido uma coisa importante é destacar novamente é que esse valor de energia que é a energia mínima necessária para conseguir produzir se foto eletro tudo bem a energia cinética a gente consegue resolver com a expressão que eu apresentei lá em cima que é o meio da massa fez velocidade ao quadrado a massa nesse caso seria do photo elétron a função trabalho já foi fornecida aqui no próprio problema a gente tem aqui esse valor 3,43 desses 10 - 19 agora essa energia do fóton é que a gente precisa resolver ela antes de começar a trabalhar com o problema ok a gente consegue determinar essa energia do fóton utilizando uma expressão da seguinte forma seria h que é a constante de planck vezes me em que esse valor a que se agarrar a constante de planck e ensine aqui seria a freqüência do fóton ou seja a freqüência com a qual esse foto está se propagando nessa região agora pra gente conseguir determinar essa freqüência a gente também precisa lembrar de uma expressão da ondulatória em que a velocidade da luz seria igual a um comprimento de onda vezes a freqüência esse comprimento de onda já foi fornecido aqui ea velocidade da luz já é uma constante que a gente já conhece então pra gente determinar essa freqüência que seria apenas dividir a velocidade da luz pelo comprimento de onda e antes de resolver aqui a gente pode simplesmente pegar isso aqui e ele substitui aqui em cima dessa expressão então a gente teria algo assim a constante de planck vezes a freqüência e seria a velocidade da luz sobre o comprimento de onda desse fóton aqui e agora a gente já pode começar a substituir os valores a constante de planck um valor igual a 6,626 vezes 10 a menos 34 jogos segundos ea gente vai multiplicar isso aqui com a velocidade da luz ea velocidade da luz é um valor muito próximo a 2,99 oito vezes 10 elevado a 8 a gente coloque vezes 10 elevado a 8 tudo isso aí dividido pelo comprimento de onda e o comprimento de onda 525 nanômetros então a gente pode colocar aqui 525 e um nanômetro é 10 a menos 9 então seria 525 vezes 10 elevado a menos nove metros porque para resolver esse problema agora a gente precisa pedir ajuda a calculadora ea gente pode simplesmente trabalhar com esses números aqui estão multiplicando as potências de 10 e deixar as potências de 10 pro final tudo bem então vamos lá 6,626 vezes 2,998 detido para 525 ok é igual a esse número aqui agora a gente vai multiplicar por essas potências de 10 ou seja vezes 10 elevado ou abril parentes que eu vou trabalhar com expoentes aqui então a gente tem aqui - 34 - 34 mais oito sul e como essa potência de 10 hectares no denominador eu posso simplesmente aqui somar com esse expoente aqui trocando sinal então ao invés de colocar aqui - 9 eu vou colocar mais nove parentes e resolvi o problema então é o resultado dessa conta vai ser igual a 3,78 vezes de 10 elevado a menos 19 então eu coloco essa informação aqui 3,78 vezes 10 elevado a menos 19 e como isso é uma energia à unidade de medida é o de áudio agora que a gente já tem a energia do fóton ea função trabalho a gente consegue determinar a energia cinética e com a energia cinética a gente vai conseguir determinar a velocidade desse foco eletro então vamos lá porque escrever isso daqui a energia cinética desse foto elétron vai ser igual a energia do fóton melos a função trabalho então isso aki vai ser igual a energia do fóton que foi esse valor aqui que a gente determinou que é 3,78 vezes 10 elevado a menos 19 jales - a função trabalho que nesse caso aqui vai ser igual a 3,43 vezes 10 elevado a menos 19 jorge então essa continha que vai ser igual a gente coloca aqui em qual vamos pedir ajuda a calculadora 3,78 como aqui as potências de 10 são iguais a gente pode colocar em evidência e trabalhar apenas subtraindo esses valores aqui então 3,78 - 3,43 isso é igual a 0,35 a gente tem aqui 0,35 vezes 10 a menos 19 ea gente pode simplesmente andar com a vírgula uma casa aqui pra direita e subtrair um aqui nesse expoente então a gente tem um valor igual a 3,5 vezes de 10 elevado a menos 20 de aulas e isso aqui então vai ser igual a energia cinética do photo elétron e como a gente sabe a energia cinética gente consegue determinar com uma expressão que eu já mostrei pra vocês aqui o meio da massa vezes a velocidade eo quadrado da gente coloca aqui agora essa energia cinética do fato elétron vai ser igual a 1 sobre do às vezes a massa do elétron vezes a velocidade desse elétron elevada ao quadrado já que o objetivo desse problema é saber com qual velocidade o photo elétron vai ser arrancado da placa que sérgio então vamos substituir as informações que a gente já tem aqui a gente coloca um sobre dois países essa massa do elétron que é igual a 9,11 vezes 10 elevado a menos trinta e um quilogramas vezes a velocidade ao quadrado isso aki vai ser igual essa energia cinética que 3,5 vezes 10 elevado a -20 jales aqui tem agora a gente consegue determinar essa velocidade aqui tirando a raiz quadrada de duas vezes 3,5 vezes 10 elevado a menos 20 de aulas sobre essa parte que essa massa que do elétron que é 9,11 vezes 10 elevado a menos 31 então isso aki vai ser igual a gente pega calculadora aqui novamente e vamos resolver isso aqui então vou fazer aqui novamente aquela técnica vou primeiro trabalhar com esses números que estão multiplicando as potências de 10 e depois o trabalho com as potências de 10 então a gente vai ter aqui duas vezes 3,5 / 9,11 ok isso aqui vai ser vezes 10 elevado a menos gente mas 31 lembre-se que aqui essa potência de 10 está no denominador quando passar o numerador o expoente que vai trocar de sinal então isso daqui vai ser esse número mas todo esse número aqui tem que estar dentro de uma raiz quadrada e a raiz quadrada de todo esse número aqui vai ser 277 mil cento e noventa e 7,83 e vai embora e infinito então vamos colocar isso aquilo lotação científica andando com essa vivo 12345 então a gente tem aqui 2,8 vamos colocar isso aqui vai ser igual mas aproximadamente igual a 2,8 vezes 10 elevado a cinco metros por segundo e essa daqui é a velocidade com a qual foto elétron vai sair da placa de césio o interessante de observar isso aqui é que independente da intensidade do feixe de fótons os elétrons sempre ser arrancados com essa velocidade mas é claro que se aumentar a intensidade desse feixe mais e mais elétrons serão arrancados dessa placa metálica agora que já sabe como fazer isso daqui a gente observou também que a energia do fóton é maior do que a função trabalho seja energia mínima necessária para arrancar o elétron da placa de sérgio eu gostaria de trabalhar com vocês é que fazendo um outro exemplo ao invés de utilizar foto um comprimento de onda igual a 525 nanômetros eu vou utilizar um fóton com o comprimento de onda igual a 625 nanômetros e claro pra poupatempo aqui a gente pode pura e simplesmente substituir esse número aqui pelo 625 então substituindo esse valor aqui nessa expressão a gente consegue determinar nova energia do fóton é chegar a um valor igual a 3,2 vezes 10 a menos 19 jales como você pode perceber essa energia desse fóton aqui é uma energia menor do que a função trabalho então esse fóton com esse comprimento de onda que igual 625 nanômetros não vai ser capaz de arrancar elétrons dessa placa de sérgio e o mais interessante é que não importa se a aumentar a intensidade desse feixe de foto ele não vai ser capaz de arrancar nenhum único elétron e tudo isso é que a gente viu foi apenas um pequeno resumo sobre o efeito fotoelétrico que ele é melhor explicado seja que pensar na luz como se fosse uma partícula