Efeito fotoelétrico

Descrição e conteúdos abordados

Demonstração da ejeção de elétrons da superfície de uma placa metálica por meio da incidência de radiação ultravioleta (UV-C). Inicialmente a superfície da placa metálica (alumínio) deve ser lixada para limpar quaisquer resíduos e oxidação, a fim de facilitar a saída dos elétrons. Prender e conectar essa placa no eletroscópio de folhas.

Eletrizar um canudo ou tubo de pvc atritando com papel toalha e encostar na quina da placa de alumínio, passando o canudo ou tubo ao longo de seu comprimento, para transferir a maior quantidade de cargas possível para o eletroscópio. Dessa forma, estaremos eletrizando o eletroscópio por contato, ou seja, ficará eletrizado com cargas de mesmo sinal do canudo ou tubo de pvc.

Com o eletroscópio carregado, podemos incidir a luz de uma lâmpada incandescente sobre a superfície da placa de alumínio e verificar que o eletroscópio continua carregado. Mas, quando incidimos a radiação de uma lâmpada de vapor de mercúrio (UV-C), o eletroscópio é descarregado.

Podemos repetir o procedimento atritando uma tira de acrílico para eletrizar o eletroscópio. Desta vez, mesmo incidindo radiação UV-C o eletroscópio não é descarregado. Pode-se concluir que o canudo ou o tubo de pvc ficam eletrizados negativamente (excesso de elétrons) quando atritados com papel toalha, pois o eletroscópio descarrega com a incidência de radiação UV-C. Ao contrário, a tira de acrílico fica eletrizado positivamente (falta de elétrons).

Outro método de eletrização para carregar o eletroscópio é por indução e aterramento. Neste caso, encostamos o dedo em alguma parte metálica do eletroscópio e aproximamos o corpo eletrizado (canudo, tubo de pvc ou acrílico). Sem afastar o corpo eletrizado, desencostar o dedo e só depois, afastar o corpo eletrizado. Nesse tipo de eletrização, o eletroscópio fica carregado com cargas de sinal contrário ao do corpo eletrizado. Por exemplo, pelo método de indução e aterramento, o acrílico eletrizado positivamente carrega o eletroscópio com cargas negativas.

Pode-se também, fazer outra demonstração interessante, que é carregar o eletroscópio sem tocá-lo. Basta aproximar o acrílico eletrizado, da placa de alumínio e incidir radiação UV-C. Aos poucos, o eletroscópio vai sendo carregado, pois a radiação “arranca” elétrons do metal e o campo elétrico do acrílico não deixa eles retornarem para a placa, o que não acontece com a simples incidência da radiação sem a presença deste campo elétrico externo.

Para que ocorra o efeito fotoelétrico é necessário que a energia do fóton seja maior do que a função de trabalho do metal. No nosso experimento, a lâmpada de Hg emite radiação UV-C na faixa de 200 a 280 nm e a função de trabalho do alumínio é de 4,1 eV. Com esses dados, podemos determinar a energia do fóton e descobrir se essa energia é maior do que a função de trabalho do alumínio.

Por meio deste experimento, podemos descobrir o sinal das cargas dos objetos eletrizados: basta carregar o eletroscópio por contato (cargas de mesmo sinal) ou por indução e aterramento (cargas de sinal contrário) e incidir radiação UV-C. Se o eletroscópio descarregar indica que ele estava eletrizado negativamente e se não descarregar, indica que ele estava eletrizado positivamente.

Material Utilizado

Eletroscópio de folhas
Placa de alumínio
Lâmpada incandescente
Lâmpada germicida de vapor de mercúrio (UV-C)
Canudos ou tubos de pvc
Régua ou peça de acrílico
Papel toalha
Lixa fina

Equipamento construído e doado por Claudio Hiroyuki Furukawa para o Laboratório de Demonstrações da UFPA.

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