EFEITO FOTOELÉTRICO E EFEITO COMPTON: 2011

quarta-feira, 15 de junho de 2011

O efeito fotoelétrico é a emissão de elétrons por um material, geralmente metálico, quando exposto a uma radiação eletromagnética (como a luz) de frequência suficientemente alta, que depende do material. Ele pode ser observado quando a luz incide numa placa de metal, literalmente arrancando elétrons da placa. Observado a primeira vez por Heinrich Hertz em 1887, o fenômeno é também conhecido por “efeito Hertz”, não sendo porém este termo de uso comum.

quarta-feira, 27 de abril de 2011

O EFEITO COMPTON

Em Fìsica, Efeito Compton ou o Espalhamento de Compton, é a diminuição de energia (aumento de comprimento de onda) de um fóton de raio-X ou de raio gama, quando ele interage com a matéria. Espalhamento Inverso de Compton também existe, onde o fóton ganha energia (diminuindo o comprimento de onda) pela interação com a matéria. O comprimento de onda aumentado ou diminuído no total é denominado variação de Compton. Entretanto, o espalhamento nuclear de Compton existe, que é a interação envolvendo apenas elétrons de um átomo. O Efeito Compton foi observado por Arthur Holly Compton em 1923, pelo qual fez ele receber o Prêmio Nobel de Física em 1927.

A IMPORTÂNCIA DO EFEITO COMPTON

O efeito é importante porque ele demonstra que a luz não pode ser explicada meramente como um fenômeno ondulatório. O espalhamento de Thomson, a clássica teoria de partículas carregadas espalhadas por uma onda eletromagnética, não pode explicar alguma variação no comprimento de onda. A luz deve agir como se ela consistisse de partículas como condição para explicar o espalhamento de Compton. O experimento de Compton convenceu os físicos de que a luz pode agir como uma corrente de partículas cuja energia é proporcional à frequência.

A interação entre a alta energia dos fótons e elétrons resulta no elétron recebendo parte da energia (fazendo-o recuar), e um fóton contendo a energia restante sendo emitida numa direção diferente da original, sempre conservando o momentum total do sistema. Se o fóton ainda possui bastante energia, o processo pode ser repetido.

O espalhamento de Compton ocorre em todos os materiais e predominantemente com fótons de média-energia (entre 0.5 e 3.5 MeV). Ele é também observado com fótons de alta-energia; fótons de luz visível ou de frequências mais altas, por exemplo, possuem energia suficiente para expelir os elétrons saltados do átomo

Equações :

Analisando o efeito fotoelétrico quantitativamente usando o método de Einstein, as seguintes equações equivalentes são usadas:

Energia do fóton = Energia necessária para remover um elétron + Energia cinética do elétron emitido

Algebricamente:

$hf = \phi + E_{c_{max}} \,$

onde

h é a constante de Planck,
f é a frequência do foton incidente,
$\phi = h f_0 \$ é a função trabalho, ou energia mínima exigida para remover um elétron de sua ligação atômica,
$E_{c_{max}} = \frac{1}{2} m v_m^2$ é a energia cinética máxima dos elétrons expelidos,
f₀ é a frequência mínima para o efeito fotoelétrico ocorrer,
m é a massa de repouso do elétron expelido, e
v_m é a velocidade dos elétron expelidos.

Notas:

Se a energia do fóton (hf) não é maior que a função trabalho (

φ

), nenhum elétron será emitido. A função trabalho é ocasionalmente designada por

W

Em física do estado sólido costuma-se usar a energia de Fermi e não a energia de nível de vácuo como referencial nesta equação, o que faz com que a mesma adquira uma forma um pouco diferente.

Note-se ainda que ao aumentar a intensidade da radiação incidente não vai causar uma maior energia cinética dos elétrons (ou electrões) ejectados, mas sim um maior número de partículas deste tipo removidas por unidade de tempo.

Os elétrons que giram à volta do núcleo são aí mantidos por forças de atração. Se a estes for fornecida energia suficiente, eles abandonarão as suas órbitas. O efeito fotoelétrico implica que, normalmente sobre metais, se faça incidir um feixe de radiação com energia superior à energia de remoção dos elétrons do metal, provocando a sua saída das órbitas: sem energia cinética (se a energia da radiação for igual à energia de remoção) ou com energia cinética, se a energia da radiação exceder a energia de remoção dos elétrons.

O EFEITO FOTOELÉTRICO

O efeito fotoelétrico é a emissão de elétrons por um material, geralmente metálico, quando exposto a uma radiação eletromagnética(como a luz) de frequência suficientemente alta, que depende do material. Ele pode ser observado quando a luz incide numa placa de metal, literalmente arrancando elétrons da placa. Observado a primeira vez por Heinrich Hertz em 1887, o fenômeno é também conhecido por "efeito Hertz", não sendo porém este termo de uso comum.

Albert Einstein e o Efeito Fotoelétrico

O transporte de energia em uma onda eletromagnética, por exemplo a luz, é descrito, por Maxwell, pelo vetor de Poynting, produto vetorial dos campos elétrico e
magnético, e é distribuída em todo o espaço no qual a onda existe. O vetor de Poynting funciona perfeitamente para ondas se propagando no vácuo e pode ser
usado para determinar a quantidade de radiação solar que atinge a Terra. No entanto, fracassa ao descrever a interação da radiação com a matéria. Ao tentar descrever o
espalhamento de luz por átomos, Rayleigh propôs a seguinte questão: como descrever o espalhamento de radiação por um alvo cuja dimensão é muito menor do ue o comprimento de onda da radiação incidente? A sua questão envolvia um problema específico: a luz tem comprimentos de onda que variam entre 10-6 e 10-7 m
enquanto que o raio do átomo de Thomson é da ordem de 10-10 m. Ele decidiu, então,
considerar uma seção de choque para o átomo dependente da radiação incidente, proporcional a λ2. Mesmo com as ponderações de Thomson, o modelo ondulatório de
Maxwell não funcionou para a interação da radiação com a matéria como, por exemplo, no efeito fotoelétrico.
A solução para o problema foi apresentada por Albert Einstein (1879-1955) em 1905. De maneira semelhante à proposta por Planck, Einstein considerou que era
necessário granular (quantizar) também a radiação. A comunidade científica levou mais de 10 anos para reconhecer a validade de seu trabalho e a necessidade de
introduzir rupturas nas teorias clássicas. Em 1916, Robert Andrews Millikan (1868- 1953), conhecido pelo experimento que determinou a carga elementar, publicou um
trabalho acurado sobre o efeito fotoelétrico e a solução apresentada por Einstein reconhecendo: Eu trabalhei 10 anos de minha vida testando a equação de Einstein de
1905 e contrário a todas as minhas expectativas, eu fui compelido em 1915 a assegurar sua verificação experimental, a despeito de sua não razoabilidade desde
que ela parece violar tudo que eu sabia acerca da interferência da luz. Em 1921, Einstein recebeu o prêmio Nobel de Física pelas suas contribuições à Física Teórica,
em particular por seu trabalho sobre o efeito fotoelétrico.

A grande dúvida que se tinha a respeito do efeito fotoelétrico era que quando se aumentava a intensidade da luz, ao contrário do esperado, a luz não arrancava os elétrons do metal com maior energia cinética. O que acontecia era que uma maior quantidade de elétrons era ejetado.

Por exemplo, a luz vermelha de baixa frequência estimula os elétrons para fora de uma peça de metal. Na visão clássica, a luz é uma onda contínua cuja energia está espalhada sobre a onda. Todavia, quando a luz fica mais intensa, mais elétrons são ejetados, contradizendo, assim a visão da física clássica que sugere que os mesmos deveriam se mover mais rápido (energia cinética) do que as ondas.

COMO MEMORIZAR TUDO SOBRE EFEITO FOTOELÉTRICO

Bibliografia :

http://pt.wikipedia.org/wiki/Efeito_Compton

http://pt.wikipedia.org/wiki/Efeito_fotoel%C3%A9trico

http://fisicaquanticanuclear.blogspot.com/2009/11/fotons-efeito-fotoeletrico-efeito.html

http://turmadomario.com.br/cms/images/download/fisica/efeitofotoeletrico.pdf

http://www.google.com.br/search?pq=efeito+compton+e&xhr=t&q=efeito%20compton%20e%20efeito%20fotoeletrico&cp=18&hl=pt-BR&bav=on.2,or.r_gc.r_pw.&biw=1366&bih=624&um=1&ie=UTF-8&tbm=isch&source=og&sa=N&tab=wi

Quando a luz incidente é de cor azul, essa mudança resulta em elétrons muito mais rápidos. A razão é que a luz pode se comportar não apenas como ondas contínuas, mas também como feixes discretos de energia chamados de fótons. Um fóton azul, por exemplo, contém mais energia do que um fóton vermelho. Assim, o fóton azul age essencialmente como uma "bola de bilhar" com mais energia, desta forma transmitindo maior movimento a um elétron. Esta interpretação corpuscular da luz também explica por que a maior intensidade aumenta o número de elétrons ejetados - com mais fótons colidindo no metal, mais elétrons têm probabilidade de serem atingidos.

A explicação satisfatória para esse efeito foi dada em 1905, por Albert Einstein, e em 1921 deu ao cientista alemão o prêmio Nobel de Física