Efeito Fotoeletrico

A natureza quântica da luz e a quantização da energia foram sugeridas por Albert Einstein em 1905, em sua explicação sobre o efeito fotoelétrico. O trabalho de Einstein marcou o inicio da teoria quântica. Devido a este importante trabalho, Einstein recebeu o Prêmio Nobel de física em 1921. A figura 01 mostra um diagrama esquemático do aparato básico para se estudar o efeito fotoelétrico, no qual a luz monocromática entra em uma câmara de vácuo e incide sobre uma superfície C (C para catodo), causando a emissão de elétrons. Alguns desses elétrons atingem uma segunda placa metálica A (A para anodo), constituindo uma corrente elétrica entre as placas. A placa A é carregada negativamente, assim os elétrons são emitido repelidos por ela. Só os elétrons mais energéticos conseguem alcançá-la. A energia cinética máxima dos elétrons emitidos é medida aumentando-se a voltagem lentamente até a corrente se anular. As experiências realizadas levantaram ao resultado surpreendente de que a energia cinética máxima dos elétrons emitidos é independente da intensidade da luz incidente.

Pela teoria clássica, esperar-se-ia que aumentando a taxa de incidência da luz sobre a superfície metálica a energia absorvida por cada elétron aumentaria e, então, aumentaria também a energia cinética máxima emitida pelos elétrons. No entanto, experimentalmente isso não ocorre. A energia cinética máxima dos elétrons emitidos é a mesma para um determinado comprimento de onda de luz incidente, não importando a intensidade da luz. Einstein demonstrou que esse resultado experimental poderia ser explicado se a energia fosse quantizada em pequenos pacotes chamados fótons. A energia E de cada fóton é dado por:( Energia é igual ao produto ente a constante de Planckh e a frequencia f, que é igual a constante de Planck h vezes a velocidade da luz dividido pelo comprimento de onda lambda).
No modelo proposto, um feixe de luz é constituído por um feixe de partículas -os fótons-, cada qual com a energia hf. A intensidade do feixe de luz (potência por unidade de área) do feixe monocromático é o número de fótons por unidade de área e por unidade de tempo vezes a energia de cada fóton. A interação do feixe de luz com a superfície de metal consiste em colisões entre os fótons e os elétrons. Nessas colisões, os fótons desaparecem, cada qual cedendo toda a sua energia a um elétron. Assim, o elétron emitido pela superfície metálica exposta à luz recebe a energia de um único fóton. Se a intensidade da luz for aumenta, mais fótons incidirão sobre a superfície por unidade de tempo e mais elétrons serão arrancados do metal. Porém, cada fóton terá a mesma energia hf, assim a energia absorvida por cada elétron não se altera.
Se "phi" for à energia mínima necessária para remover um elétron da superfície metálica, a energia cinética máxima dos elétrons emitidos é dada por:
(Energia cinetica maxima é igual a massa vezes a velocidade ao qudrado dividido por dois que é igual a hf menos "phi", onde "phi" é denominada a função trabalho, é uma característica de um dado metal (Alguns elétrons terão energia menor do que hf menos "phi", pois perdem energia ao se deslocarem pelo metal).
De acordo com a equação de Einstein do efeito fotoelétrico, o gráfico da Energia cinética maxima em função da freqüência f deveria ser uma linha reta com o coeficiente angular h. Esta era um previsão audaciosa, porque na ocasião não havia evidencias da aplicação da constante de Planck fora do contexto da radiação do corpo negro. Além disso, não havia dados experimentais da variação da Energia cinética maxima em função da freqüência f, porque ninguém antes havia suspeitado que a freqüência da luz estivesse relacionada com a Energia cinética maxima.

Esconde-esconde científico

Lá no além estavam reunidos os grandes físicos de todos os tempos, Einstein, Newton, Pascal, Hook, etc, etc…
Então, como eles tinham a eternidade pela frente resolveram brincar de esconde-esconde… Einstein foi contar…
Foi um corre-corre pra todo lado, todos procurando se esconder… Menos Newton… Ele pegou um giz, desenhou um quadrado de exatamente 1m x 1m e ficou em cima dele… Bem à vista de Einstein…
Quando ele terminou de contar deu de cara com Newton paradão ali…
— Ué, Newton, não quis se esconder? - e já estava virando pra bater o nome de Newton.
— Espere! - disse Newton - Não é Newton que você está vendo… É Pascal…
— Óbvio que não! - disse Einstein contrariado.
— É sim. - disse o outro tranqüilo apontando para os pés - Newton por metro quadrado…

(pra quem não entendeu a piada. Um Newton por metro ao quadrado é um Pascal (unidades))

A semana do Universo

____Condensando-se toda a existência do Universo - cerca de 18 bilhões de anos em apenas uma semana, obtém-se os seguintes eventos mais importantes.

Domingo ---> 00 h 00 min 00 s - Big Bang - origem do Universo com hipotética grande explosão de um ovo cósmico, cuja densidade volumétrica seira da ordem de 10^96 Kg/m^3 e a temperatura cerca de 10^31 ºC.

2º feira --->

3º feira --->

4º feira ---> 02 h - formação da Via Láctea - uma entre bilhões de galáxias, onde se localiza a Terra.

5º feira --->

6º feira ---> 04 h - formação do Sistema Solar - Sistema Planetário ao redor do Sol, onde se localiza a Terra. 06 h - formação da Terra. 11 h - origem das primeiras formas de vida na Terra.

Sábado ---> 23 h 58 min - aparecimento dos primeiros ancestrais do ser humano. 23 h 59 min 59,9 s - inicio da era cristã. 24 h 00 min 00,0 s - transcorrer do hoje.

Artigo publicado no Jornal da Physica em Novembro de 2007.

____Existe uma área muito ativa atualmente na Física, denominada “Física de Altas Energias” (em inglês, High Energy Physics – sigla HEP). As expectativas energéticas que foram criadas outrora em torno da Física Nuclear, hoje estão também – ou ainda em maior intensidade – depositadas na compreensão das propriedades das partículas elementares. Essas partículas (as elementares) são aquelas que compõem ou coexistem com nêutrons e prótons no núcleo atômico (mas, também podem aparecer “soltas” em determinadas circunstâncias).

____Os pesquisadores dessa área buscam por novos resultados utilizando grandes laboratórios com aceleradores de partículas. O objetivo principal desses aceleradores é o de acelerar jatos de partículas e provocar um choque entre elas. Desses choques, e utilizando equipamentos de altíssima tecnologia, pode-se detectar o que sai como resultado: podem aparecer partículas já conhecidas; podem aparecer novas partículas (previstas teoricamente, mas nunca observadas); e, podem ocorrer, também, fenômenos inesperados devido a altas energias cinéticas envolvidas nas colisões. O Brasil também tem um acelerador, conhecido como LNLS (Laboratório Nacional de Luz Síncrotron) e que pode ser acessado na página http://www.lnls.br . Dentre os maiores aceleradores do mundo, o Centro Europeu de Pesquisas Nucleares (CERN, que tem uma área grande entre a Suíça e a França) está construindo um novo acelerador, o LHC (Large Hadron Collider) que deverá entrar em operação em 2008. Esse acelerador conseguirá atingir a tão sonhada faixa de energias de TeV (Tera Elétron-Volts, ou seja, 1012 eV). Depois que o físico Carlo Rubbia liderou um experimento que gerou os primeiros bósons (esses foram denominados de W e Z), e com isso ganhou o prêmio Nobel de 1984, muitas teorias sustentam que os próximos bósons a serem detectados (para explicar alguns fenômenos ainda não compreendidos como a supersimetria) deveriam ser os bósons de Higgs. Esses por sua vez, por terem massa bem maior, demandariam maiores energias. Quando os aceleradores ainda estavam na faixa dos MeV (= 10^6 eV), grandes esforços foram demandados para se chegar à escala GeV (= 10^9 eV) e, mesmo assim, os Higgs não foram encontrados.
____Agora, com a construção do LHC, para o qual o bóson de Higgs é apenas um de uma fila de experimentos cadastrados e aguardando para serem executados, surgiu uma nova expectativa: as energias envolvidas seriam tão grandes que seria possível a criação de buracos negros. As altas densidades de energia envolvidas serão as mesmas previstas nos famosos mini buracos negros. Se esses objetos forem realmente formados, criou-se o “temor” de que eles pudessem iniciar um processo de “sugar” tudo em volta, inclusive todos nós. Mas, esse temor pode esperar um pouco mais, pois provavelmente existam choques naturais como esses ocorrendo na Natureza e ainda estamos aqui! Ademais, segundo os estudos de buracos negros, está prevista uma Temperatura Característica de Hawking com a qual os Mini Buracos Negros “evaporam”, que é prevista teoricamente e é conhecida como Radiação de Hawking. Se essa radiação for detectada provavelmente o CERN terá feito mais um prêmio Nobel.... Vamos aguardar 2008 para ver!

Por: Prof. Dr. Cláudio Manoel (dsousa@ucb.br)

Os elementos escritos em Branco, são sólidos nas CNTP.
Os elementos escritos em Azul, são líquidos nas CNTP.
Os elementos escritos em Amarelo, são Gasosos nas CNTP.
Os elementos escritos de forma transparente são artificiais
Os elementos com a borda verde claro é o hidrogênio.
Os elementos com a borda vermelha são os metais.
Os elementos com a borda azul são os semimetais.
Os elementos com a borda verde são os ametais.
Os elementos com a borda azul escuro são os Gases Nobres.

"O único lugar onde o sucesso vem antes do trabalho é no dicionário."
Albert Einstein.