DISCIPLINA: Física Quântica
TEMA: Efeito Fotoelétrico
OBJETIVO: Compreender o efeito Fotoelétrico e a ejeção de elétrons de objetos
metálicos pela incidência de radiação.
COMPETÊNCIA: Identificar o efeito fotoelétrico; estimar a frequência de corte para um
material qualquer; considerar a função trabalho para um material qualquer.
EXPERIMENTE E PRODUZA: Esta prática é uma vivência experimental sobre o tema
Efeito Fotoelétrico. Faça a leitura dos documentos Sumário Teórico e Roteiro na tela
inicial do Laboratório virtual
Agora é com você!!!
Acesse o simulador Efeito Fotoelétrico disponível no Roteiro de Estudo na aula 7 com
título Laboratório Virtual e acesse o ícone Experimento. Não tenha medo de manusear
os equipamentos. É interessante que você faça uma ambientação inicial.
Recomentamos novamente a leitura atenta aos documentos do Lab. Virtual.
Antes de tudo, verifique inicialmente se a posição do tubo fotoelétrico está a 2cm da luz
ultravioleta.
EXPERIMENTO 1: TUBO FOTOELÉTRICO NA LUZ ULTRAVIOLETA (UV)
Primeiro passo: Coloque a chave inversora na posição direta.
Nesta posição, você tomará 10
dados conforme a tabela abaixo:
ddp (V)
I (μA)
1
5,94
…
Máx
2
3
4
5
10
6
7
8
9
0,05
…
Min
Coloque os potenciômetros da fonte de tensão no máximo e varie até chegar no valor
mínimo possível. Siga os valores de referência 𝑉𝑚𝑎𝑥 = 5,95𝑉 e 𝑉𝑚𝑖𝑛 = 0,05𝑉
Segundo passo: Coloque na
posição reversa conforme
figura abaixo:
Agora, você irá medir 5
dados, até a corrente ser 0,05
μA
(tolerância
do
multímetro). Tome cuidado
pois os valores de tensão são
negativos.
I (μA)
1
ddp (V) -0.1
…
2
Máx
3
4
5
…
0.05
Min
Siga os valores de referência 𝑉𝑚𝑎𝑥 = −0,1𝑉 e 𝐼𝑚𝑖𝑛 = 0,05𝐴.
Terceiro passo: Mude a posição do tubo fotoelétrico
para 5cm e repita todo o procedimento novamente
(repetir o passo 1 e 2, tomando cuidado com os
valores)
Com esses dados, você deve verificar se o
experimento está adequado com o que a literatura
apresenta, ou seja, deve verificar graficamente se
os dados de dispersão (de preferência, plotados no
mesmo gráfico) estão de acordo com o gráfico
abaixo.
Registre os prints do valor máximo e mínimo nas configurações acima para inserir no
relatório!
EXPERIMENTO 2: TUBO FOTOELÉTRICO NA FONTE POLICROMÁTICA
Primeiro passo: Vá na chave inversora e verifique se está na posição reversa.
Segundo passo: Posicione o tubo fotoelétrico na luz policromática
Terceiro passo: Coloque a fonte policromática em 645𝑛𝑚 e encontre o valor de tensão
�
�0 que zere a corrente, aumentando o ajuste fino.
Meça 𝑉0 3 vezes, e tome uma média.
Quarto passo: Faça o mesmo para os comprimentos de onda, 530𝑛𝑚, 490𝑛𝑚, 470𝑛𝑚
e 440𝑛𝑚, conforme tabela abaixo:
Velocidade da luz: 𝑐 = 299.792.458 𝑚/𝑠 Carga do elétron: 𝑒 = 1,60217663 × 10−19𝐶
�
� (𝒏𝒎) Frequência – 𝝂
(𝟏𝟎𝟏𝟒𝑯𝒛)
1 2 3
645
4,65
5,66
Tensão 𝑽𝟎 (𝑽) 𝑽𝟎 (𝑽)
média
530
490
6,12
6,38
470
440
6,81
A tabela contém os 3 dados para cada comprimento de onda e a média para cada
situação. A equação que rege a correlação entre frequência e Tensão no efeito
fotoelétrico é
�
�𝑉𝑜 = ℎ𝜈 −𝜙
Sendo 𝑒 a carga do elétron, ℎ a constante de Planck, 𝜈 a frequência do fóton incidente
e 𝜙 a função trabalho. Você deve calcular a constante de Planck usando a regressão
linear – veja como fazer no vídeo postado na disciplina.
PESQUISA LOCORREGIONAL
A célula fotovoltaica é a principal aplicação do efeito fotoelétrico, presente em painéis
solares para gerar eletricidade limpa e renovável. Recomendamos a leitura do artigo
publicado pelos professores Guilherme Pianezzer e Daniel Guimarães Tedesco
https://www.dgabc.com.br/Noticia/3953940/vale-a-pena-investir-em-paineis-solares
a) Escreva brevemente o funcionamento de uma célula fotovoltaica
b) Faça uma cotação de quanto custa uma placa solar na sua localidade. Faça uma
tabela com ao menos 3 fornecedores1:
Fornecedor – Placa solar
Preço unitário + Frete1 (R$)
1Se não há fornecedores na sua região, verifique nas imediações com o custo do frete associado.
c) Agora, verifique a capacidade de geração de energia com a sua conta de luz e
veja em quantos anos o investimento é “pago” – chamado de payback
O que você deve postar?
Um relatório contendo:
• Os dados do Experimento 1 e 2 tabelados conforme template;
• O gráfico do Experimento 1, com os prints dos valores ditos acima;
• Os valores encontrados na regressão linear do Excel, para o experimento 2.
• Uma discussão do resultado do Experimento 2, em função dos parâmetros
estatísticos.
• [Locorregional] Estudo dos fornecedores de placas solares e o payback.
MATERIAIS DE APOIO:
Caso o estudante e/ou grupo desejar poderá ampliar a compreensão teórica e prática
do tema a partir das seguintes indicações:
GRIFFITHS, D. J. Mecânica Quântica. São Paulo: Pearson, 2011 – BVP
KNIGHT. R. D. Física: Uma Abordagem Estratégica: volume 4: relatividade, física
quântica. Porto Alegre: Bookman, 2009 – BVMB
MAHON, M.J. R. P. Mecânica Quântica: desenvolvimento contemporâneo com
aplicações. Rio de Janeiro: LTC: 2011 – BVMB
YOUNG, H. D.; FREEDMAN, R. A. Física IV – Ótica e Física Moderna. São Paulo: Pearson,
2016 – BVP