The Photoelectric Effect · Efeito Fotoelétrico
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| photoelectric effect/ˌfəʊtəʊɪˈlektrɪk ɪˈfekt/ | efeito fotoelétrico |
Blue light knocks electrons out — red light never does, however bright
- Shine light on a metal and electrons can fly off. But there's a catch.
- Blue light ejects them instantly; red light does nothing — even blindingly bright red.
- No wave theory can explain that. Only photons can.
- This is the photoelectric effect 光电效应, Einstein's proof that light is made of particles.
A luz azul arranca elétrons — a luz vermelha nunca faz isso, não importa o quanto seja brilhante
- Iluminar um metal com luz pode fazer os elétrons saírem voando. Mas há um detalhe importante.
- Luz azul ejetá-los instantaneamente; luz vermelha não faz nada — mesmo que essa luz vermelha seja cegamente brilhante.
- Nenhuma teoria ondulatória consegue explicar isso. Apenas fótons podem.
- Este é o efeito fotoelétrico 光电效应, a prova de Einstein de que a luz é feita de partículas.
One photon, one electron
- Light delivers energy in photons, each carrying $E = hf$.
- To escape the metal, an electron needs one photon with enough energy in a single hit.
- A photon below a threshold frequency simply doesn't have enough energy — no electron leaves.
- Above the threshold, each photon knocks out one electron.
Um fóton, um elétron
- A luz entrega energia em fótons, cada um carregando $E = hf$.
- Para escapar do metal, um elétron precisa de um único fóton com energia suficiente num único impacto.
- Um fóton abaixo de uma frequência limiar simplesmente não tem energia suficiente — nenhum elétron sai.
- Acima da frequência limiar, cada fóton ejeta um elétron.
The photoelectric effect is evidence that light behaves as: · O efeito fotoelétrico é evidência de que a luz se comporta como:
A threshold frequency can only be explained if light comes in photons. · Uma frequência limiar só pode ser explicada se a luz vier em fótons.
Why brightness doesn't help below threshold
- If the frequency is too low, even a very bright beam won't eject any electrons.
- More photons of too-little energy each still can't free an electron — brightness gives quantity, not quality.
- Above threshold, a brighter beam ejects more electrons (more photons), but not faster ones.
- Only raising the frequency gives each electron more kinetic energy.
Por que o brilho não ajuda abaixo do limiar
- Se a frequência for muito baixa, mesmo um feixe muito brilhante não ejetará nenhum elétron.
- Mais fótons com pouca energia cada ainda não conseguem libertar um elétron — o brilho dá quantidade, não qualidade.
- Acima do limiar, um feixe mais brilhante ejetará mais elétrons (mais fótons), mas não mais rápidos.
- Apenas aumentar a frequência dá a cada elétron mais energia cinética.
Below the threshold frequency, increasing the brightness of the light: · Abaixo da frequência limiar, aumentar o brilho da luz:
Below threshold, each photon is too weak — brightness cannot free any electrons. · Abaixo do limiar, cada fóton é muito fraco — o brilho não consegue liberar nenhum elétron.
Above threshold, a brighter beam ejects: · Acima do limiar, um feixe mais brilhante ejetará:
More photons eject more electrons; speed depends on frequency, not brightness. · Mais fótons ejetam mais elétrons; a velocidade depende da frequência, não do brilho.
The energy balance
- Some photon energy goes into freeing the electron (the work function); the rest becomes its kinetic energy.
- In symbols: $hf = \phi + \text{KE}_{\text{max}}$.
- So above threshold, higher frequency → faster ejected electrons.
- This exact accounting is what earned Einstein the Nobel Prize.
O balanço energético
- Parte da energia do fóton vai para libertar o elétron (o trabalho de extração); o restante torna-se sua energia cinética.
- Em símbolos: $hf = \phi + \text{KE}_{\text{max}}$.
- Assim, acima do limiar, maior frequência → elétrons ejetados mais rápidos.
- Essa contabilidade exata foi o que rendeu a Einstein o Prêmio Nobel.
The photoelectric effect · Efeito fotoelétrico
The maximum kinetic energy of ejected electrons rises linearly with the light's frequency, above a threshold. · A energia cinética máxima dos elétrons ejetados aumenta linearmente com a frequência da luz, acima de um limiar.
Above the threshold, higher-frequency light ejects electrons with more kinetic energy. · Acima do limiar, luz de maior frequência ejetará elétrons com mais energia cinética.
$hf = \phi + \text{KE}_{\text{max}}$: more photon energy leaves more kinetic energy. · $hf = \phi + \text{KE}_{\text{max}}$: mais energia dos fótons resulta em mais energia cinética.
The minimum energy needed to free an electron from the metal is the ____ function. · A energia mínima necessária para liberar um elétron do metal é a função ____.
The work function $\phi$ is the energy to free an electron; the rest becomes kinetic energy. · A função trabalho $\phi$ é a energia para liberar um elétron; o restante torna-se energia cinética.
Select all · todos true statements about the photoelectric effect. · Selecione todas as afirmações verdadeiras sobre o efeito fotoelétrico.
A threshold frequency, particle behaviour, and frequency-set speed all hold. Bright red (below threshold) ejects nothing. · Uma frequência limiar, comportamento de partícula e velocidade definida por frequência são válidos. Luz vermelha (abaixo do limiar) não ejetará nada.
Below the threshold frequency, no electrons are ejected — no matter how bright the light. Brightness (more photons) can't substitute for frequency (energy per photon). A wave theory expects bright light to always work; the fact that it doesn't proves light is particles.
Abaixo da frequência limiar, nenhum elétron é ejetado — não importa o quanto a luz seja brilhante. O brilho (mais fótons) não pode substituir a frequência (energia por fóton). Uma teoria ondulatória espera que luz brilhante sempre funcione; o fato de não funcionar prova que a luz são partículas.
Dim ultraviolet light ejects electrons from a metal, but intense red light does not. Why?
- UV photons are above the threshold frequency (enough energy each), so they eject electrons.
- Red photons are below it — each is too weak, and adding more (brighter) doesn't help.
Luz ultravioleta fraca ejetará elétrons de um metal, mas luz vermelha intensa não. Por quê?
- Os fótons UV estão acima da frequência limiar (energia suficiente cada um), então ejetam elétrons.
- Os fótons vermelhos estão abaixo dela — cada um é muito fraco, e adicionar mais (mais brilhante) não ajuda.
The photoelectric effect: light ejects electrons only above a threshold frequency, because energy arrives in photons ($E = hf$) that must free an electron one at a time. Below threshold, brightness doesn't help; above it, higher frequency gives faster electrons ($hf = \phi + \text{KE}_{\text{max}}$). It proves light is particles.
O efeito fotoelétrico: a luz ejeta elétrons apenas acima de uma frequência limite, porque a energia chega em fótons ($E = hf$) que devem libertar um elétron de cada vez. Abaixo da frequência limite, o brilho não ajuda; acima dela, maior frequência dá elétrons mais rápidos ($hf = \phi + \text{KE}_{\text{max}}$). Isso prova que a luz é partículas.