Como Físicos Resolvido o efeito fotoelétrico de Luz

O efeito fotoelétrico foi um dos muitos resultados experimentais que compunham uma crise para a física clássica por volta da virada do século 20. Ele também foi um dos primeiros sucessos de Einstein, e fornece a prova da quantização da luz. Eis o que aconteceu.

Quando você brilhar a luz em metal, como a figura acima mostra, você se elétrons emitidos. Os elétrons absorvem a luz que você brilhar, e se obter energia suficiente, eles são capazes de se libertar da superfície do metal. De acordo com a física clássica, a luz é apenas uma onda, e pode trocar qualquer quantidade de energia com o metal. Quando você feixe de luz sobre um pedaço de metal, os elétrons no metal deve absorver a luz e lentamente reunir energia suficiente para ser emitida a partir do metal. A ideia era que se estivesse a brilhar mais luz sobre o metal, os elétrons deve ser emitida com uma energia cinética superior. E luz muito fraca não deve ser capaz de emitir electrões em todos, excepto numa questão de horas.

Mas isso não é o que aconteceu - elétrons foram emitidos logo que alguém brilhou luz sobre o metal. Na verdade, não importa o quão fraca a intensidade da luz incidente (e pesquisadores tentaram experimentos com tal luz fraca que deveria ter levado horas para obter todos os elétrons emitidos), os elétrons foram emitidos. Imediatamente.

As experiências com o efeito fotoelétrico mostrou que a energia cinética, K, dos elétrons emitidos depende apenas da freqüência - e não a intensidade - da luz incidente, como você pode ver nesta figura.

Na figura,

chama-se a frequência mínima, e se você brilhar a luz com uma frequência inferior a esse limite sobre o metal, há elétrons são emitidos. Os elétrons emitidos vir da piscina de elétrons livres no metal (todos os metais têm uma piscina de elétrons livres), e você precisa fornecer esses elétrons com uma energia equivalente à função trabalho do metal, W, para emitir os elétrons do metal de superfície.

Os resultados eram difíceis de explicar de forma clássica, por isso entrou Einstein. Este foi o início de seu auge, por volta de 1905. Encorajado pelo sucesso do Max Planck, Einstein postulou que não só foram osciladores quantificada mas assim era leve - em unidades discretas, denominadas fótons. Luz, ele sugeriu, agiu como partículas, bem como ondas.

Então, neste esquema, quando a luz atinge uma superfície metálica, os fótons atingem os elétrons livres, e um elétron absorve completamente cada fóton. Quando a energia,

do fotão é maior do que a função de trabalho do metal, o electrão é emitido. Isso é,

em que W é a função de trabalho do metal e K é a energia cinética do electrão emitido. Resolvendo para K dá-lhe o seguinte:

A função de trabalho pode ser expressa em termos da frequência limite,

Você também pode escrever isso em termos de frequência limiar desta forma:

Então, aparentemente, a luz não é apenas uma onda você também pode vê-lo como uma partícula, o fóton. Em outras palavras, a luz é quantizada.