Imagine que você ilumina uma placa metálica com uma luz intensa. De repente, essa placa começa a liberar pequenos grãos de eletricidade — os elétrons. Esse fenômeno foi observado no final do século XIX e recebeu o nome de efeito fotoelétrico.
A questão que intrigava os cientistas era: por que a luz, que é uma onda, faz isso? E mais estranho ainda: mesmo aumentando a intensidade da luz, às vezes nenhum elétron era liberado. A resposta veio com Albert Einstein, que propôs que a luz também se comporta como um conjunto de partículas — os fótons.
Como funciona o efeito fotoelétrico?
Quando a luz atinge a superfície de um metal, seus fótons transferem energia para os elétrons do material. Se essa energia for suficiente para vencer a ligação que prende o elétron ao metal, ele é ejetado. Caso contrário, nada acontece, mesmo com muita luz.
#inserir imagem aqui# (Imagem sugerida: Esquema de uma luz incidindo em uma placa metálica e elétrons sendo liberados da superfície)
A explicação de Einstein
Einstein propôs que a energia de cada fóton é dada por:
\( E = h \cdot f \)
- \( E \): energia do fóton (em joules)
- \( h \): constante de Planck (\(6{,}63 \times 10^{-34} \, \text{J·s}\))
- \( f \): frequência da luz (em hertz)
Cada metal tem uma energia mínima para liberar um elétron, chamada de função trabalho (\( W \)). Se o fóton tiver energia maior que essa função trabalho, o excesso vira energia cinética do elétron liberado:
\( E = W + E_c \quad \Rightarrow \quad h \cdot f = W + \frac{1}{2}mv^2 \)
- \( W \): função trabalho do metal (em joules)
- \( E_c \): energia cinética do elétron ejetado
Se a frequência da luz for muito baixa, nenhum elétron será ejetado, mesmo que a intensidade (quantidade de luz) seja alta. Isso contrariava totalmente a Física Clássica!
O que o efeito fotoelétrico provou?
- Que a luz pode se comportar como partículas (fótons), não só como ondas.
- Que a frequência da luz é mais importante que sua intensidade, nesse fenômeno.
- Que a energia da luz é quantizada, ou seja, vem em pacotes discretos.
Esse trabalho rendeu a Einstein o Prêmio Nobel de Física em 1921 — não pela teoria da relatividade, mas por sua explicação do efeito fotoelétrico!
#inserir imagem aqui# (Imagem sugerida: Linha do tempo com Hertz, Lenard e Einstein relacionados ao desenvolvimento da explicação do efeito fotoelétrico)
Tabela resumo – Efeito Fotoelétrico
| Termo | Significado | Unidade |
|---|---|---|
| Fóton | Partícula de luz com energia | – |
| Função trabalho (W) | Energia mínima para arrancar um elétron | J (joules) |
| Energia do fóton | \( E = h \cdot f \) | J (joules) |
| Energia cinética do elétron | \( \frac{1}{2}mv^2 \) | J (joules) |
Exercício Resolvido
Exercício: Um fóton com frequência de \(8{,}0 \times 10^{14} \, \text{Hz}\) atinge uma superfície metálica cuja função trabalho é de \(3{,}0 \times 10^{-19} \, \text{J}\). Calcule a energia cinética do elétron liberado.