Quando uma luz (ou onda eletromagnética) é lançada sobre um material metálico, como uma chapa, os elétrons saltam desse metal. Assim, uma onda eletromagnética fornece energia capaz de arrancar elétrons. Finalmente, a emissão dessas partículas, pela absorção da energia das ondas, resulta em um dos mais importantes conceitos da física moderna, o efeito fotoelétrico. Em outras palavras, ele consiste na interação da radiação com a matéria.
Entretanto, quando surgiu esse estudo, encabeçado por Heinrich Hertz, em 1886, havia uma lacuna. A Física da época não conseguia compreender porque o efeito fotoelétrico só ocorria a partir de certas frequências. Era mistério também o fato de a energia cinética dos fótons ejetados não depender da potência da fonte originária das ondas eletromagnéticas.
Anos depois, em 1905, entra em cena Albert Einstein, que ganharia o Prêmio Nobel, em 1921, não pela Teoria da Relatividade, mas pela explicação do efeito fotoelétrico.
O estudo que deu o Nobel a Einstein
Para explicar o efeito fotoelétrico, o cientista construiu três proposições, veja:
Na primeira, ondas eletromagnéticas não poderiam transportar energia de “qualquer jeito”, mas em pacotes (fótons).
Na outra, no momento em que o elétron absorve a energia dos fótons, ela é absorvida individualmente. E quando o fóton colide com o elétron, se não tiver a energia mínima para arrancar a partícula negativa, o efeito fotoelétrico não acontece. Caso contrário, o elétron é ejetado e o excesso de energia vira energia cinética. Por isso, o processo só acontece mediante determinadas frequências.
Por fim, na última preposição, Einstein mostrou que a energia transportada pelos fótons se dá pela equação: E=h.f (E é a energia de cada fóton [J], h é a constante de Planck (6,6 . 10^-34 J.s) e f é a frequência em Hertz [Hz]).
Essa equação mostra que quanto maior a frequência de uma onda eletromagnética, maior a energia dos fótons. Por isso, o efeito só acontece a partir de certas frequências, pois, abaixo delas, os fótons não têm energia suficiente para arrancar o elétron.
Para tanto, a energia mínima requerida é dada pela função trabalho (W). Se o fóton apresentar energia maior que essa função, o excesso de energia vira energia cinética. Cabe dizer, porém que no efeito fotoelétrico, a potência não influencia na energia cinética dos elétrons ejetados. Por fim, o excesso de energia que um elétron tem depende só da frequência da onda que incide sobre ele.
Esse evento marcou a transição da Física Clássica para o surgimento da Física Moderna e da Quântica.
O efeito fotoelétrico na sua rotina
- Ligar a TV com controle remoto;
- Gerenciar, remotamente, equipamentos;
- Luzes acendidas/apagadas automaticamente;
- Sensores;
- Dispositivos de visão noturna.
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Por Ana Paula Jaume – Fala! UFRJ
