O físico teórico Albert Einstein recebeu seu Prêmio Nobel por desvendar o mistério da energia cinética dos fotoelétrons. Sua explicação virou a física de cabeça para baixo. Ele descobriu que a energia transportada pela luz não dependia de sua intensidade ou brilho - pelo menos não da maneira que os físicos da época entendiam. A equação que ele criou é simples. Você pode duplicar o trabalho de Einstein em apenas alguns passos.
Determine o comprimento de onda da luz incidente. Os fotoelétrons são ejetados de um material quando a luz incide na superfície. Diferentes comprimentos de onda resultarão em energia cinética máxima diferente.
Por exemplo, você pode escolher um comprimento de onda de 415 nanômetros (um nanômetro é um bilionésimo de um metro).
Calcule a freqüência da luz . A frequência de uma onda é igual à sua velocidade dividida pelo seu comprimento de onda. Para a luz, a velocidade é de 300 milhões de metros por segundo, ou 3 x 10 ^ 8 metros por segundo.
Para o problema do exemplo, a velocidade dividida pelo comprimento de onda é 3 x 10 ^ 8/415 x 10 ^ -9 = 7,23 x 10 ^ 14 Hertz.
Calcule a energia da luz. O grande avanço de Einstein foi determinar que a luz vinha em pequenos pacotes de energia; a energia desses pacotes era proporcional à frequência. A constante de proporcionalidade é um número chamado Constante de Planck, que é 4.136 x 10 ^ -15 eV-segundos. Então a energia de um pacote de luz é igual à Constante de Planck x a freqüência.
A energia dos quanta de luz para o problema de exemplo é (4.136 x 10 ^ -15) x (7.23 x 10 ^ 14) = 2.99 eV.
Procure a função de trabalho do material. A função de trabalho é a quantidade de energia necessária para forçar um elétron solto da superfície de um material.
Por exemplo, selecione sódio, que tem uma função de trabalho de 2,75 eV.
Calcule o excesso de energia transportada pela luz. Este valor é a energia cinética máxima possível do fotoelétron. A equação, que Einstein determinou, diz (energia cinética máxima do elétron) = (energia do pacote de energia da luz incidente) menos (a função de trabalho).
Por exemplo, a energia cinética máxima do elétron é: 2,99 eV - 2,75 eV = 0,24 eV.
Dica
A função de trabalho para a maioria dos materiais é grande o suficiente para que a luz necessária para gerar fotoelétrons esteja na região ultravioleta do espectro eletromagnético.
