Simulação - Efeito Fotoelétrico (data limite: 23/10)
Autor: Alexandre Faria | Publicado: 2011-10-19T22:00:00-02:00


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  Iniciamos o estudo do efeito fotoelétrico em sala de aula. Nesta atividade, você terá a oportunidade de rever e aprofundar os conceitos e ideias relacionados ao fenômeno do efeito fotoelétrico.
SUA TAREFA CONSISTE EM RESPONDER AS QUESTÕES E DESAFIOS EM SEU CADERNO. NO ESPAÇO RESERVADO PARA OS COMENTÁRIOS VOCÊ DEVERÁ ESCREVER UMA DAS SEGUINTES COISAS: (1) DISCUTIR O EFEITO FOTOELÉTRICO; (2)  APRESENTAR SUAS DÚVIDAS SOBRE O EFEITO FOTOELÉTRICO; OU (3) RESPONDER ALGUMA DÚVIDA OU QUESTIONAMENTO APRESENTADO PELOS COLEGAS. O CADERNO SERÁ CONFERIDO NA AULA DE SEGUNDA (24/10) E A POSTAGEM DO COMENTÁRIO DEVERÁ SER FEITA ATÉ DOMINGO (23/10).
A simulação que utilizaremos foi produzida pela Universidade do Colorado. Clique aqui para abrir a versão em inglês ou aqui para fazer o download da versão em português.
Em caso de dúvidas ou dificuldades consulte livros, apostilas, tutoriais ou sites de sua preferência que tratem do Efeito Fotoelétrico. Aproveite também para interagir com seus colegas através do Blog. Registre suas dúvidas ou responda às dúvidas dos colegas no espaço reservado para comentários.
Ajustes Iniciais
Ao abrir a simulação, vá em Options e marque “Control photon number instead of intensity”. Isso fará com que o número de fótons emitidos pela fonte de luz não varie com a frequência da luz emitida, mas somente com a sua intensidade. Marque também “Show photons”.
Na coluna da direita, em “Graphs”, clique para mostrar os seguintes gráficos:
Corrente em Função da Tensão da Bateria
Corrente em Função da Intensidade da Luz
Energia do Elétrons em Função da Frequência da Luz


Observação
Ao clicar no ícone da máquina fotográfica (coluna da direita) é gerada uma cópia dos gráficos o que  permite a comparação dos gráficos para diferentes configurações da simulação.

Explorando o Fenômeno
1. O material da placa a ser iluminada pode ser escolhido em (Target – Na coluna à direita). Selecione o sódio (sodium). Ajuste a intensidade da fonte luminosa para 50% e a tensão da bateria para 0V.  
a) Varie o comprimento de onda da fonte de luz e observe o que ocorre. Descreva o que você observou.

b) Ajuste a frequência da luz (comprimento de onda) para a faixa do amarelo. O que você observou?Explique.
c) Preveja: Se a intensidade da luz for aumentada sua resposta ao item “a” continuaria a mesma? Explique seu raciocínio.
Faça a simulação e verifique o resultado. Em caso de divergência entre sua previsão e os resultados observados, explique o motivo da divergência.
d) É possível retirar elétrons da placa de sódio se o tempo de exposição da placa à luz amarela for aumentado? Explique seu raciocínio.
e) Preveja: Se a frequência da luz for aumentada (comprimento de onda diminuído) ocorrerá a emissão de elétrons da placa de sódio? Explique seu raciocínio.
Faça a simulação e verifique o resultado. Em caso de divergência entre sua previsão e os resultados observados, explique o motivo da divergência.
f) Explique o efeito produzido pela (i) variação da intensidade e (ii) pela variação da frequência da luz incidente sobre a placa de sódio.  
Ajuste a intensidade da luminosa para 50 % e a frequência da luz para a faixa do ultravioleta (UV).g) Preveja: Se estabelecermos uma diferença de potencial positiva entre as placas (terminal positivo ligado à placa da direita) o que ocorrerá com a energia dos elétrons ejetados da placa de sódio? E se estabelecermos uma diferença de potencial negativa (terminal negativo ligado à placa da direita)? Apresente o raciocínio em que você se baseou para fazer as previsões.
Faça a simulação e verifique o resultado. Em caso de divergência entre sua previsão e os resultados observados, explique o motivo da divergência. Também explique o fenômeno observado.

Desafios
Explore a simulação livremente e responda aos desafios.
1. Descreva a relação matemática entre a corrente estabelecida no circuito e a intensidade da fonte lumiosa. Estabeleça uma função matemática de acordo com sua descrição. Apoie sua descrição em evidências fornecidas pela simulação.
2. Qual é a frequência de corte para o sódio? Em outras palavras, a partir de qual frequência da luz os elétrons deixam de ser ejetados da placa de sódio? Explique seu raciocínio e apresente as evidências que permitiram a você chegar ao valor encontrado.
Define-se como potencial de frenagem o valor da diferença de potencial aplicada entre as placas para o qual os elétrons ejetados da placa iluminada (esquerda) não atinjam a placa oposta (direita). Para essa condição a corrente elétrica no circuito é interrompida.
3. O potencial de frenagem depende da intensidade da luz que atinge a placa de sódio? Explique seu raciocínio. Para tal, utilize as evidências fornecidas pela simulação.
4. Qual dos três gráficos da simulação você utilizaria para determinar o valor da constante de Planck? Explique como você utilizaria as informações do gráfico para isso. E, por fim, determine o valor da constante.