Carlos Alberto dos SantosProfessor Visitante

Departamento de Ciências Exatas e NaturaisUniv. Federal Rural do Semi-Árido

Mestrado Nacional Profissional de Ensino de Físicacas.ufrgs@gmail.com

O efeito fotoelétrico na perspectiva da teoria de Kuhn

Parte 2/3

http://pt.slideshare.net/casifufrgs/

cas.ufrgs@gmail.com

cas.ufrgs@gmail.com

S U M Á R I O

cas.ufrgs@gmail.com

Dualidade onda-partícula

A hipótese do quantum de luz

A equação de Einstein

A teoria do gatilho

De Broglie e Compton

O efeito fotoelétrico

Teoria de Kuhn

Os experimentos de Millikan

cas.ufrgs@gmail.com

Anomalias que incomodaram Lenard

https://ia802707.us.archive.org/13/items/PhotoelectricPhenomena/HughesDubridge-PhotoelectricPhenomena.pdf

Anomalia da intensidade da luz

A intensidade da luz variava em função da posição da fonte L

cas.ufrgs@gmail.com

Anomalia da intensidade da luz

cas.ufrgs@gmail.comB.R. Wheaton, Hist. Studies Phys. Sciences, v.9, pp. 299-322, 1978.

Por menor que fosse a intensidade da luz, ainda havia fotocorrente. E a energia dos fotoelétrons não dependia da intensidade da luz.

Conclusão paradigmática

cas.ufrgs@gmail.com

Se a intensidade da luz não altera a energia do fotoelétron, é porque este já tem esta energia antes da interação com a luz. Ou seja, a luz não transfere energia no processo de liberação do fotoelétron.

Então . . .

O que faz o elétron sair do

material?

Teoria do gatilho

cas.ufrgs@gmail.com

Efeito fotoelétrico é um fenômeno de ressonância.

A luz não transfere energia para os elétrons, apenas seleciona os elétrons aptos para liberação.

A velocidade com a qual um elétron é expelido só depende da estrutura do átomo.

Teoria do gatilho

cas.ufrgs@gmail.com

cas.ufrgs@gmail.com

Lenard passou a acomodar seus resultados experimentais a essa

teoria

cas.ufrgs@gmail.com

V0 determina a velocidade máxima dos elétrons, ou a energia cinética máxima

Lenard deveria ter investigado a relação entre frequência e V0

cas.ufrgs@gmail.com

Pela teoria clássica, quanto maior a frequência, maior a velocidade do fotoelétron.Questão óbvia: como seria a relação?1. Velocidade proporcional à frequência?2. Velocidade proporcional à raiz quadrada da

frequência?3. Ou que outra relação?

Se Lenard tivesse investigado isso . . .

cas.ufrgs@gmail.com

A comunidade científica aceita a teoria do gatilho porque ela corresponde às expectativas do paradigma vigente.

Acreditam que a teoria será confirmada experimentalmente.

Mas isso não acontece.

Na virada do século . . .

Nesse ínterim

http://einsteinpapers.press.princeton.edu/

http://einsteinpapers.press.princeton.edu/

A superfície metálica é penetrada pelos quanta de luz, cuja energia é convertida, pelo menos parcialmente, em energia cinética dos elétrons. A concepção mais simples é de que o quantum de luz transfere toda sua energia para o elétron.

cas.ufrgs@gmail.com

Dualidade partícula-onda

cas.ufrgs@gmail.com

http://einsteinpapers.press.princeton.edu/

http://einsteinpapers.press.princeton.edu/

Einsteinpremonitório

http://www.fisica.ufpb.br/~romero/objetosaprendizagem/Rived/20EfeitoFotoeletrico/Site/Animacao.htm

cas.ufrgs@gmail.com

Grande parte da comunidade científica continua buscando a validação da teoria do gatilho, sem dar muita importância à

proposta de Einstein.

Mas . . .

1902 - 1912

cas.ufrgs@gmail.com

A teoria do gatilho enfrenta dificuldades experimentais. Por

exemplo, o efeito da temperatura.

cas.ufrgs@gmail.com

Se a energia do elétron vem do interior do átomo, ela deveria aumentar com a temperatura.

1906: Lienhop, aluno de Lenard, observou que o efeito não depende da temperatura. Considerou isso uma confirmação de teoria, pois para ele a oscilação

dos elétrons no interior do átomo não depende

da temperatura.

cas.ufrgs@gmail.com

1907-1909: Muitos pesquisadores investigaram diferentes materiais e todos chegaram à mesma conclusão: o efeito fotoelétrico não depende da temperatura à qual o catodo está submetido.

cas.ufrgs@gmail.com

cas.ufrgs@gmail.com

A relação entre a frequência da luz e a velocidade do fotoelétron

1907: Ladenburg mostrou que: a velocidade do fotoelétron é proporcional à

frequência da luz, como previsto pela teoria de Lenard.

luz de qualquer frequência libera elétrons. Resultado contrário aos anteriores. Implica na necessidade de uma grande quantidade de diferentes frequências. Portanto, de muitos elétrons no átomo.

cas.ufrgs@gmail.com

1907: Abraham Joffé mostra que os dados de Ladenburg não definem uma relação linear entre v e f. Os dados são mais consistentes com a raiz quadrada de f, como previsto pela equação de Einstein. A confusão resulta da pouca quantidade e da grande dispersão dos dados experimentais e da medida do potencial retardador. Podiam ser ajustados a praticamente qualquer tipo de curva.

cas.ufrgs@gmail.com

HUGHES, A.P.; DuBRIDGE, L.A. Photoelectric phenomena, 1932, p.17.

1912

cas.ufrgs@gmail.com

A teoria do gatilho começa a ser questionada

1910: Experimentos mostraram que o átomo tinha poucos elétrons, como supunha Thomson. Portanto, era inconsistente o resultado de Ladenburg, ocorrência do fenômeno para todos os tipos de luz.

cas.ufrgs@gmail.com

Observação: nessa época ainda não existia o conceito de número atômico, que foi introduzido 3 anos depois, por Moseley.

1911: Lenard e Ramsauer investigaram a ionização de gases por ultravioleta e mostraram forte correlação entre a emissão de elétrons e a absorção da radiação. Foram obrigados a concluir:

cas.ufrgs@gmail.com

A energia do elétron ejetado não vem do átomo, como originalmente assumido por Lenard, mas da absorção da luz.

cas.ufrgs@gmail.com

Como tudo isso se enquadra no cenário da teoria de Kuhn

cas.ufrgs@gmail.com

Lenard trabalha na ciência normal, embora tivesse a intenção de fugir da ciência normal. Mas, não conseguiu promover a mudança paradigmática

[The photoelectric effect is a] comforting sign that a physicist need not restrict himself to subjects which by contemporary standards are already known and explained.

B.R. Wheaton, Hist. Studies Phys. Sciences, v.9, pp. 299-322, 1978.

cas.ufrgs@gmail.com

Quem produziu a crise no paradígma

Lenard: Por menor que fosse a intensidade da luz, ainda

havia fotocorrente.

cas.ufrgs@gmail.com

A hipótese do quantum de luz de Einstein.

A equação do efeito fotoelétrico. O ceticismo de Millikan. A resistência da comunidade científica. O trabalho de Louis de Broglie. O efeito Compton.

cas.ufrgs@gmail.com

Como Einstein apresentou sua equação

Para chegar à superfície e dali sair para o exterior, o elétron perde parte da sua energia sob a forma de trabalho, P, característico do material. Aplicando-se um potencial retardador, P, ao catodo, exatamente suficiente para impedir a liberação da carga elétrica, tem-se

A equação de Einstein em notação moderna

Einstein sugere

http://einsteinpapers.press.princeton.edu/vol2-trans/115

“Erro”

Na página 195:As far as I can tell, this conception of the photoelectric effect DOES contradict its properties as observed by Mr. Lenard.