Efeito Fotoelectrónico

O efeito fotoelectrónico (ou efeito fotoemissivo) consiste na libertação de electrões pela matéria sob a acção de radiação electromagnética. Este efeito foi descoberto, em 1887, pelo física alemão Heinrich Hertz (1857-1894).

O estudo da emissão fotoeléctrica pelos metais puros, no vazio, faz-se com uma célula fotoeléctrica.

Esquema de uma célula fotoeléctrica

O cátodo, C, é feito do metal puro a estudar. No voltímetro, V, lê-se o valor da tensão aplicada à lâmpada. O circuito encontra-se interrompido no intervalo entre o cátodo e o ânodo, A, e ficará fechado pelos electrões emitidos pelo cátodo (corrente fotoeléctrica) quando sobre ele incide o feixe luminoso.

 

As células fotoeléctricas de vazio são pouco usadas porque a corrente de saturação que fornecem é muitíssimo pouco intensa, apenas alguns miliampères, e, por consequência, de difícil detecção.

Pode obter-se uma corrente mais intensa usando uma célula com atmosfera de um gás inerte; os fotoelectrões emitidos pelo metal do cátodo ionizam as moléculas do gás e, portanto, a corrente de saturação aumenta.

Um tipo de célula, muito usado como detector, é o fotomultiplicador que se destina á detecção de radiações muito pouco intensas.

Esquema de um fotomultiplicador

Os fotoelectrões emitidos pelo cátodo, C, são acelerados para uma placa, B, que se encontra a um potencial superior ao de C e, chocando com ela, provocam a libertação de outros electrões, chamados electrões secundários, em número duas ou três vezes superior ao dos electrões incidentes.

Os electrões secundários, assim libertados, são acelerados para outra placa, D, e provocam a libertação de novos electrões secundários, e assim sucessivamente.

 

Leis da emissão fotoeléctrica

Na altura em que o efeito fotoeléctrico foi descoberto admitia-se que as radiações luminosas eram de natureza ondulatória, isto é, que a sua propagação se fazia por meio de ondas caracterizadas por um valor de frequência, f.

Procurou-se então descobrir se existiria alguma relação entre a emissão de electrões por uma superfície metálica e a frequência da luz monocromática incidente, isto é, a radiação incidente com apenas um único valor de frequência.

Os resultados experimentais obtidos com a célula fotoeléctrica no final do século XIX e início do século XX, permitiram tirar conclusões muito importantes que constituem as leis da emissão fotoeléctrica:

1ª lei - Para uma metal puro, a emissão fotoeléctrica inicia-se e termina instantaneamente e só se produz se a frequência da radiação monocromática incidente for superior a um dado valor, f0 , designado por frequência do limiar fotoeléctrico ou frequência limiar.

2ª lei - O valor da frequência do limiar fotoeléctrico, f0 , varia com o material que constitui a superfície iluminada e é uma característica deste.

3ª lei - O número de electrões emitidos por unidade de tempo e, portanto, o valor máximo, constante, da corrente fotoeléctrica, corrente de saturação, I1 e I2 , é proporcional à intensidade do feixe monocromático que incide no cátodo.

I1 e I2 - valores máximos das correntes correspondentes às intensidades luminosas Ie1 e Ie2 , tal que Ie1 > Ie2 .

4ª lei - A energia cinética máxima dos electrões emitidos pelo metal do cátodo é independente da intensidade do feixe luminoso monocromático, incidente no cátodo e cresce com a frequência.

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