A Ideia do Quantum - O Efeito Fotoelétrico

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Pergunta-se:
1) O que significa a palavra quantum?
2) Qual é a energia total de um feixe monocromático formado por n fótons de frequência f?

O Efeito Fotoelétrico - de Planck a Einstein

Os físicos ficaram relutantes em aceitar a noção revolucionária do quantum de Planck. Para ser considerada seriamente, a ideia do quantum teria de ser comprovada em algum fenômeno além das regularidades da energia radiante. A comprovação que faltava foi fornecida em 1905 por Albert Einstein, que estendeu a ideia de Planck para explicar a emissão de elétrons por certos materiais cujas superfícies eram iluminadas por luz ultravioleta. Este fenômeno foi denominado efeito fotoelétrico, e desde então tem sido usado nas células fotoelétricas existentes nos medidores de distância ópticos e nos operadores automáticos de portas.

Einstein concebeu a luz não como uma onda contínua, mas como um feixe de partículas ou pacotes de energia (mais tarde chamados de fótons). Ele postulou que a energia E de um único fóton é proporcional à frequência f da onda luminosa correspondente. Essa energia é dada por: E = h.f, onde h é um número chamado de constante de Planck.

Assim, um fóton de luz violeta (alta frequência) transporta mais energia do que um fóton de luz vermelha (baixa frequência). Embora um feixe brilhante de luz vermelha tenha mais fótons do que um feixe fraco de luz violeta e, portanto, mais energia, o feixe de luz violeta transporta mais energia por fóton. O efeito fotoelétrico revela que os fótons interagem com a matéria um de cada vez.

1ª explicação do Efeito Fotoelétrico

Em 1900, o físico teórico alemão Max Planck tentava explicar por que a luz de frequências mais altas só é emitida por objetos em altas temperaturas. Por que, por exemplo, o filamento avermelhado de uma lâmpada não emite luz violeta? Os modelos clássicos para os corpos radiantes previam que a maior parte da energia irradiada pelos objetos deveria ocorrer nas altas frequências. O fato de que estas frequências não apareciam na emissão era então chamado “catástrofe do ultravioleta” e requeria um novo modelo de como a matéria irradia. Planck supôs que os objetos quentes emitissem energia radiante (luz) em “pacotes” individuais. Planck denominou cada um deles de quantum (plural quanta). De acordo com Planck, a energia de cada quantum é proporcional à frequência da radiação. Assim, uma quantidade maior de energia está associada ao quantum de luz violeta do que ao de luz vermelha. Assim, um objeto vermelho incandescente não deverá emitir quanta de luz violeta com altas energias até que sua temperatura seja muito alta.