Bem-vindos ao estranho mundo da mecanica quantica - Fotões, os quanta de luz

Sábado, 1 de Março de 2008

Bem-vindos ao estranho mundo da mecanica quantica - Fotões, os quanta de luz

No seculo XIX Hertz observou um estranho efeito, quando fez incidir um feixe de luz sobre um metal ele observou que se produzia uma corrente electrica. Mais tarde com a descuberta do electrao feita por Rutherford ficou claro que essa corrente electrica era devido a injeção de electroes do atomo, mas o estranho era que a energia desses electroes nao dependiam da intencidade da luz mas sim da sua frequencia .

Este misterio ficou por resolver durante alguns anos até que em 1905 quando não existiam mais duvidas sobre a natureza ondularoria da luz (até 1905 pensava-se que a luz era exclusivamente uma onda electromagnetica) Einstein (mais uma vez Einstein como diriam os brasileiros o cara e fera! ) explicou este efeito com base na teoria de Max Planck, dizendo que a luz era tambem composta por particulas denominadas fotoes ou quanta de luz que colidiam com os electroes assim ficou explicado por que motivo não ocorre a remoção de electroes quando o metal e sujeito à incidencia de luz visivel(fotoes de baixa energia) mesmo que esta seja de uma elevada intencidade (muitos fotoes).

Mas vamos a explicação mais propriamente dita do efeito fotoelectrico.

Imaginemos os electroes a orbitar o nucleo

Agora imagine um feixe de luz a insidir sobre o atomo, os electroes que receberem esse feixe vao absorver o fotao, ganhando energia soficiente para sair do atomo produzindo uma corrente electrica.

A formula para o efeito fotoelectrico e:

Energia do fotao= Energia necessária para remover um elétrao+ Energia cinética do elétrao emitido

Algebricamente:

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

onde

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

Nota: Se a energia do fótao (hf) não é maior que a energia de ionização( $φ$ ), nenhum elétrao será emitido nao ocurrendo efeito fotoelectrico. A energia de ionização é ocasionalmente designada por $W$ .