O que é efeito fotoelétrico?

O efeito fotoelétrico é um processo de emissão de elétrons por alguns materiais quando iluminados por frequências específicas de ondas eletromagnéticas.

“O efeito fotoelétrico é um fenômeno de origem quântica que consiste na emissão de elétrons por algum material que é iluminado por radiações eletromagnéticas de frequências específicas. Os elétrons emitidos por esses materiais são chamados de fotoelétrons.”

Quem descobriu o efeito fotoelétrico?
O efeito fotoelétrico foi descoberto em 1886 pelo físico alemão Heinrich Hertz (1857-1894). Na ocasião, Hertz percebeu que a incidência da luz ultravioleta em chapas metálicas auxiliava a produção de faíscas. A explicação teórica para o efeito fotoelétrico, entretanto, só foi apresentada pelo físico alemão Albert Einstein, em 1905.

A dúvida que existia na época estava relacionada com a energia cinética dos elétrons que eram ejetados do metal: essa grandeza não dependia da intensidade da luz incidente. Einstein percebeu que o agente responsável pela ejeção de cada elétron era um único fóton, uma partícula de luz que transferia aos elétrons uma parte de sua energia, ejetando-o do material, desde que sua frequência fosse grande o suficiente para tal. Para tanto, Einstein muniu-se das ideias do físico alemão Max Planck (1858-1947).

Planck afirmava que a luz irradiada por um corpo negro era quantizada, isto é, apresentava um valor mínimo de energia, como em pequenos pacotes. Einstein ampliou a ideia para todas as ondas eletromagnéticas e conseguiu resolver o problema do efeito fotoelétrico. Einstein e Planck receberam mais tarde o prêmio Nobel de Física por suas descobertas relacionadas à quantização da luz.”

“Como funciona o efeito fotoelétrico?”

“O efeito fotoelétrico consiste na ejeção de elétrons de um material exposto a uma determinada frequência de radiação eletromagnética. Os pacotes de luz, chamados de fótons, transferem energia para os elétrons. Se essa quantidade de energia for maior do que a energia mínima necessária para se arrancar os elétrons, estes serão arrancados da superfície do material, formando uma corrente de fotoelétrons.”

“A energia de cada fóton depende de sua frequência (f), portanto, existe uma frequência mínima necessária para arrancar os elétrons do material. A energia mínima que cada fóton deve ter para promover o efeito fotoelétrico é chamada de função trabalho. A equação a seguir permite calcular a energia de um único fóton de frequência f:

Na equação acima, h é uma constante física chamada constante de Planck, de valor igual a 4,0.10-15 eV.s. A energia cinética que o elétron adquire após ser atingido por um fóton é determinada pela diferença da energia do fóton com a função trabalho (Φ):

A função trabalho é uma característica de cada material e depende do quão ligados estão os elétrons no material. Confira uma tabela com valores de função trabalho, em unidades de eV (elétrons-volts – cada eV equivale a 1,6.10-19 J), para alguns metais:

Material

Valor da função trabalho (eV)

Sódio

2,28

Cobalto

3,90

Alumínio

4,08

Cobre

4,70

Aplicações tecnológicas do efeito fotoelétrico
A mais famosa aplicação tecnológica baseada no efeito fotoelétrico é a célula fotovoltaica, utilizada nos painéis solares para gerar energia elétrica limpa e renovável.