Aprofundar
conhecimentos de dois efeitos, neste caso, o Efeito Fotoelétrico e o Efeito Compton
que nos proporcionaram e proporcionam certa comodidade, que hoje passam
obrigatoriamente a fazer parte do nosso cotidiano. Entender como eles funcionam
e do que precisam para reagirem, nos dando o resultado final. A forma que foi
amadurecida e levada entre muitos anos. Como eram feitos esses experimentos e
de onde surgiram. Por exemplo, deixar de apenas ver o que acontecer ao nosso
redor e passar a ter consciência de que é muito mais do que é isto. Descobrir
onde eles podem ser vistos.
sábado, 24 de agosto de 2013
Introdução: O começo de tudo
Ao contrário do que
muitos pensam ou que se quer acabam pensando, várias das tecnologias que nos
são propostas diariamente não surgiram a poucos anos ou simplesmente brotaram
do nada.
Tiveram que passar por
diversos experimentos e observações, para que por fim, ou melhor, atualmente,
fosse possível ter um acesso bastante fácil a praticamente todas elas. Em
especial, as do nosso trabalho, são ainda mais acessíveis como vocês poderão
ver a diante.
Aos nomes dos efeitos,
o Efeito Compton dedica-se ao seu criador e o Efeito Fotoelétrico ao processo
propriamente dito.
quinta-feira, 22 de agosto de 2013
Efeito Fotoelétrico
- Como foi descoberto?
O grande problema do efeito era que a energia dos elétrons ejetados não
mudava com a intensidade da luz incidente, enquanto se esperava que a energia
deles aumentasse quando expostos a um maior fluxo de energia
eletromagnética. Lembrando que o efeito podia se comportar ora como onda
ora como partícula, dependendo do experimento.
- O que é este efeito?
O Efeito Fotoelétrico ocorre quando uma luz de determinada frequência
incide numa superfície de metal e faz com que elétrons sejam ejetados da
superfície. Outra placa com maior energia potencial elétrica pode ser colocada
na frente da primeira placa sem que seja iluminada para absorver os elétrons da
primeira placa e para que se possa medir a corrente fotoelétrica. A aplicação
desse efeito acontece através das células fotoelétricas ou fotocélulas,
as quais podem ser de vários tipos como, por exemplo, a célula fotoemissiva e a
célula fotocondutiva. Células fotoelétricas ou fotocélulas são dispositivas que
tem a capacidade de transformar a energia luminosa, seja proveniente do Sol ou
de qualquer outra fonte, em energia elétrica podendo funcionar como geradora de
energia elétrica ou mesmo como sensor capaz de medir a intensidade luminosa
como, por exemplo, as portas automáticas.
(Legenda 1. No esquema acima, é
representado basicamente como funciona o efeito fotoelétrico, transformando a
energia luminosa em elétrica)
- Qual tipo de célula é
necessária para desenvolver este efeito? Como é chamada?
Resumindo, a célula fotoelétrica é um dispositivo que têm a capacidade
de transformar energia luminosa em energia elétrica. Existem vários tipos da
mesma, dentre as quais podemos citar algumas que têm larga utilização
atualmente, como: Silício Cristalino, Silício Amorfo, CIGS, Arseneto de Gálio e
Telureto de Cádmio. Essas células são aplicadas tanto em painéis solares como
também em monitores de LCD e de plasma.
O efeito fotoelétrico parece simples, mas
intrigou bastantes cientistas, só em 1905, Einstein explicou
devidamente este efeito e com isso ganhou o Prêmio Nobel.
Mesmo não sendo visivelmente difícil, uma das
dúvidas que se tinha a respeito era que quanto mais se diminuía a intensidade
do feixe de luz o efeito ia desaparecendo e a respeito da frequência da fonte
luminosa também intrigava muito os cientistas, pois ao reduzir a frequência da
fonte abaixo de certo valor o efeito desaparecia (chamado de frequência de
corte), ou seja, para frequências abaixo deste valor independentemente de
qualquer que fosse a intensidade, não implicava na saída de nenhum único
elétron que fosse da placa metálica.
Einstein com a teoria dos
fótons explicou que, a intensidade de luz é proporcional ao número de
fótons e que como consequência determina o número de elétrons a serem
arrancados da superfície da placa metálica e, quanto maior a frequência maior é
a energia adquirida pelos elétrons assim eles saem da placa e abaixo da
frequência de corte, os elétrons não recebem nenhum tipo de energia, assim não
saem da placa.
- Para que serve nos dias de
hoje?
(Legenda 2.
Facilmente visto em entradas de grandes shoppings ou supermercados, utiliza
deste efeito para funcionar seu mecanismo automático)
Além das portas automáticas,
atualmente, o efeito fotoelétrico é utilizado em outros lugares no nosso
cotidiano. Graças ao efeito fotoelétrico tornou-se possível o cinema falado,
assim como a transmissão de imagens animadas. Permitiu também a invenção e a
construção de maquinarias capaz de produzir peças sem intervenção alguma do
homem. Não se pode esquecer ainda dos aparelhos cujo funcionamento assenta no
aproveitamento do efeito fotoelétrico controlam o tamanho das peças melhor do
que o pode fazer qualquer operário permite acender e desligar automaticamente a
iluminação de ruas, abrir e fechar portas de lojas, etc.
Os aparelhos deste tipo tornam
possível à prevenção de acidentes. Por exemplo, nas empresas industriais uma
célula fotoelétrica faz parar quase instantaneamente uma prensa potente e de
grande porte se, digamos, o braço dum operário, por casualidade, na zona de
perigo.
Efeito Compton
- O que é? Como surgiu?
Efeito Compton é a diminuição de energia (aumento do comprimento da
onda) de um fóton de raios x ou gama quando interage com a matéria. Em 1922, Arthur
Holly Compton realizou alguns estudos sobre a interação radiação-matéria e
percebera que quando um feixe de raios X ou raio gama incidia sobre um átomo de
carbono, sofria um espalhamento.
(Legenda 1. Esquema básico de como funciona o efeito de compton.)
Para explicar tal experiência, Compton inspirou-se em Einstein
interpretando os raios X sendo feixes de partículas e a interação como sendo
uma colisão de partículas. A energia do fóton incidente, seria h.f e o fóton
espalhado teria elétron, em respeito a lei da conservação da energia. No
entanto, Compton foi ainda mais longe. Ele investigou a interação do ponto de
vista da lei da conservação do momento linear e verificou se que essa lei era
de total valia para diversos ângulos de espalhamento, desde que o momento
linear do fóton fosse definido como:
c – velocidade da
luz no vácuo.
h – constante de
Plank
λ -
comprimento de onda da radiação
Compton usou uma combinação de três
fundamentais fórmulas representando os diversos aspectos da física clássica e
moderna, combinando-os para descrever o procedimento quântico da luz.
- Luz como uma partícula;
- Dinâmica Relativística;
- Trigonometria.
O resultado final nos dá a Equação
do Espalhamento de Compton:
Sendo:
λ 1 é o comprimento
de onda do fóton antes do espalhamento,
λ 2 é o comprimento
de onda do fóton depois do espalhamento,
me é a massa do
elétron,
h/(mec) é conhecido
como o comprimento de onda de Compton
θ é o ângulo pelo
qual a direção do fóton muda,
h é a constante
de Planck, e
c é a velocidade
da luz no vácuo.
Coletivamente, o
comprimento de onda de Compton é 2.43×10-12 m.
- Para que serve atualmente?
(Legenda 2. O funcionamento do Raio x, um exemplo seria para ver os ossos, assim como no caso de uma fratura)
Conclusão
Por meio deste
trabalho, entramos nos bastidores do que muitas vezes acabamos vendo no nosso
próprio cotidiano. Mas por qual antes, nem tínhamos conhecimento a que processo
se passava para chegar naquela parte final.
Claramente, como
qualquer experiência primária, tanto o Efeito Compton quanto o Efeito
Fotoelétrico, sofreram certo aprimoramento e passaram a ser mais precisos em
relação ao que realmente acontecia e ao que a energia era exposta e qual
passava ser a sua reação.
Para se entender o que ocorria,
tentamos de maneira mais objetiva possível e até por meio de esquemas,
desenvolver o que nos ficou entendido. Como exemplos podemos lembrar pela nossa
convivência o raio x em caso de fraturas ou exames (Efeito Compton – dependente
da interação da luz) e ainda outro, seria as famosas portas automáticas, que
para nosso conforto foram criadas, quem diria que uma simples porta seria muito
além de uma mágica. (Efeito Fotoelétrico – utiliza-se da energia vinda da luz
para a movimentação dos elétrons.) E se permite uma relação de comparação,
ambos efeitos andam de mão dadas com a luz, sendo esta uma onda
eletromagnética.
Por fim, não poderíamos
deixar de ter certeza, que assim como outras descobertas ou feitos, estes nos
beneficiaram e nos comprovaram cada vez mais do que a física é capaz de nos
explicar.
Trabalho realizado pelo 3º ano do Ensino Médio e da
turma A:
David Felipe Santiago nº 11; Gian Gavasso nº 14; Henrique
Maeda nº 17; Victor Lorenzetti nº 25; Vo Tuan nº 27; Viviane Nogueira nº 30.
Bibliografia: De onde vieram as pesquisas?
As pesquisas foram realizadas nos seguintes links:
- Efeito Fotoelétrico
(acessado ás 18h15 do dia 20 de agosto
de 2013)
(acessado ás 18h25 do dia 20 de agosto
de 2013)
(acessado ás 18h25 do dia 20 de agosto de 2013)
- Efeito Compton
(acessado ás 19h00 do dia 21 de
agosto de 2013)
(acessado ás 17h50 do dia 18 de
agosto de 2013)
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