Efeito fotóelétrico

Um dos experimentos mais importantes para consolidação da teoria quântica foi realizado pelo norte-americano Robert Millikan em 1916, e é conhecido como efeito fotoelétrico, pois envolve a emissão de elétrons de uma superfície metálica provocada pela incidência de luz. Como há outros efeitos relacionando luz (fótons) e elétrons, o nome mais preciso deste fenômeno é “efeito fotoemissivo”.

O efeito fotoelétrico foi observado pela primeira vez em 1887, com radiação ultravioleta, que é uma radiação eletromagnética (assim como a luz visível) que tem um comprimento de onda menor (e portanto uma maior frequência de oscilação) do que a luz violeta. A descoberta foi realizada de maneira independente por três físicos: o alemão Heinrich Hertz, o sueco Svante Arrhenius e o inglês Arthur Schuster. Nos anos seguintes, diversas propriedades deste fenômeno foram comprovadas experimentalmente por outros cientistas, culminando com os experimentos do húngaro-alemão Philip Lenard, em 1902.

A figura abaixo mostra um esquema da montagem experimental para se observar o efeito, na forma de um “fototubo”, usado tradicionalmente como sensor de luz (hoje em dia a maioria dos sensores de luz envolve outros princípios). A luz incide em uma placa metálica (emissora), localizada dentro de um tubo evacuado. A energia da luz é transferida para elétrons (de carga negativa) da superfície da placa, e estes se soltam do metal, sendo então atraídos em direção à placa da direita (coletora) por meio de um potencial elétrico positivo. Ao chegarem nesta placa, eles geram uma corrente elétrica no circuito abaixo do tubo, medido pelo amperímetro A. A voltagem entre as placas pode ser invertida, desacelerando os elétrons, sendo medida pelo voltímetro V.

Para entender o que está acontecendo, vale a pena considerar um modelo mecânico, que pode ser facilmente construído para fins didáticos (ver abaixo). Neste modelo, supõe-se que a luz consiste de partículas (fótons) com energia bem definida