Calculadora de efeito fotoelétrico
Calcule a energia do fóton, a energia cinética do elétron, a frequência de corte, o comprimento de onda de corte e a velocidade de emissão.
Sobre o efeito fotoelétrico
O efeito fotoelétrico ocorre quando a radiação eletromagnética transfere energia suficiente a um elétron na superfície de um material para que ele escape. Seu comportamento observado ajudou a estabelecer que a luz chega em pacotes discretos chamados fótons. A energia de um fóton é E = hf, em que h é a constante de Planck e f é a frequência. Como frequência e comprimento de onda obedecem a c = λf, comprimentos de onda menores carregam mais energia por fóton. Esta calculadora aceita frequência em hertz, comprimento de onda em nanômetros ou energia do fóton diretamente em elétron-volts. A função trabalho é a energia mínima necessária para liberar um elétron da superfície. A equação fotoelétrica de Einstein afirma que a energia cinética máxima do elétron emitido é a energia do fóton menos a função trabalho. Se a energia do fóton for igual ou inferior a ela, a energia cinética calculada será zero e não haverá fotoemissão. Aumentar a intensidade fornece mais fótons e pode liberar mais elétrons, mas não faz um fóton individual abaixo do limiar ejetar um elétron. A frequência de corte é a função trabalho dividida pela constante de Planck: a menor frequência incidente capaz de provocar emissão. O comprimento de onda de corte correspondente é o maior que permite emissão e equivale à velocidade da luz dividida pela frequência de corte. A calculadora também converte a energia cinética positiva de elétron-volts para joules e aplica a relação clássica KE = mv²/2 para estimar a velocidade do elétron emitido mais rápido. É um máximo ideal; elétrons originados mais profundamente no material podem perder energia antes de sair. A função trabalho depende do material, da face cristalina, da limpeza da superfície, de revestimentos, da temperatura e das condições de medição. Valores publicados são representativos, não universais. Exemplos comuns em aula incluem césio próximo de 2.14 eV, sódio de 2.28 eV, zinco de 4.33 eV e ouro de 5.1 eV. Quando a precisão importar, use um valor adequado à amostra real. Esses cálculos são úteis em exercícios de física quântica, seleção de fotocátodos, fototubos a vácuo, espectroscopia de superfícies e projeto de detectores. O modelo simples supõe que um fóton transfere sua energia a um elétron e ignora estrutura de bandas, potenciais de contato, espalhamento eletrônico e correções relativísticas. É mais indicado para entender limiares de energia e máximos ideais do que para prever um espectro completo de emissão medido.
Exemplos de efeito fotoelétrico
| Luz incidente e material | Resultado ideal |
|---|---|
| Luz de 400 nm, função trabalho 2.00 eV | Energia do fóton 3.10 eV; energia cinética máxima 1.10 eV |
| Luz de 550 nm, função trabalho do sódio 2.28 eV | Energia do fóton 2.25 eV; sem emissão |
| Luz de 250 nm, função trabalho do zinco 4.33 eV | Energia do fóton 4.96 eV; energia cinética máxima 0.63 eV |
| Energia do fóton 6.00 eV, função trabalho do ouro 5.10 eV | Energia cinética máxima 0.90 eV |
Como usar a calculadora
- Informe a luz incidente como frequência, comprimento de onda ou energia do fóton.
- Insira a função trabalho positiva do material iluminado em elétron-volts.
- Selecione Calcular efeito fotoelétrico.
- Compare a energia do fóton com o limiar e confira a energia cinética e a velocidade do elétron.
Perguntas frequentes
Qual é a equação fotoelétrica?
A equação de Einstein é KEmax = hf - φ, em que φ é a função trabalho do material. A emissão só ocorre quando a energia do fóton supera essa função.
Uma luz mais intensa dá mais energia aos elétrons emitidos?
Não se a frequência permanecer fixa. Maior intensidade aumenta o número de fótons e, possivelmente, de elétrons emitidos, mas a energia máxima de cada elétron depende da frequência do fóton.
O que é frequência de corte?
É a menor frequência de luz capaz de ejetar elétrons de uma superfície específica. Equivale à função trabalho dividida pela constante de Planck.
Por que posso informar comprimento de onda ou frequência?
São descrições equivalentes da luz incidente por c = λf. A calculadora converte qualquer uma das medidas em energia do fóton antes de aplicar a equação de Einstein.
A velocidade calculada do elétron é exata?
É a velocidade clássica máxima ideal para a energia cinética calculada. Elétrons reais podem perder energia dentro do material, produzindo uma distribuição de velocidades menores.