UMA VIAGEM PELO EFEITO FOTOELÉTRICO

## UMA VIAGEM PELO EFEITO FOTOELÉTRICO João Marcos Modesto Ribeiro 1 , Glória Regina Pessoa Campello Queiroz 2 , Alan Prates de Couto 3

1 Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ)/Instituto de Física (IF-UERJ) /masterfisico@gmail.com

2 Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ) / Departamento de Física Aplicada e Termodinâmica (DFAT-UERJ) /gloriapcq@gmail.com

3 Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ) / Laboratório Interdisciplinar de Educação em Ciências (LIEC)/alanpratesdecouto@yahoo.com.br

Palavras-chave : abordagem didática; aprendizagem; efeito fotoelétrico.

O efeito fotoelétrico é um fenômeno fundamental na física e desempenha um papel crucial no entendimento da interação da luz com a matéria. Neste trabalho, apresentaremos um caminho dos antecedentes históricos que levaram à explicação de Einstein ao efeito fotoelétrico (MATOS DA COSTA, 2005) de maneira interativa, com o objetivo de propiciar a estudantes uma melhor compreensão desse importante tema da área da física. O trabalho foi desenvolvido usando a metodologia sócio interacionista, tendo sido apresentado num seminário de final de curso da disciplina Intrumentação para o Ensino de Física II, com o objetivo de explorar por meio de experimentos os fundamentos e as aplicações dessa história que se inicia no século XIX.

A dinâmica do trabalho realizado com onze alunos universitários de Física, na disciplina Estágio Supervisionado II, serviu de protótipo para o desenvolvimento de sequências didáticas futuras. A chegada ao efeito fotoelétrico e sua relevância histórica desde Hans Christian Oersted foi feita através da simulação de uma viagem de trem no tempo e no espaço, passando por estações onde a história desse conhecimento científico foi construída. Entre os catorze viajantes deste suposto trem- 3 autores desse trabalho e onze licenciandos, um deles estava tendo seu trabalho final de outra disciplina avaliado. Por esse motivo os participantes não foram também avaliados, registrando-se apenas as impressões dos autores sobre a motivação gerada e pela interação com os experimentos históricos confeccionados por um outro autor e apresentados durante a viagem. Todos os viajantes já haviam feito as disciplinas que envolviam os assuntos de eletromagnetismo e de física moderna presentes. Em cada parada nas estações, visualisava-se um experimento e se refletia sobre ele e o papel histórico e científico desempenhado (ISOLA, 2022) no caminho que levou á na teoria e Einstein sobre o fenômeno foto elétrico (BARROS; SOARES, 2016); nela os estudantes participavam e interagiam com as demonstrações de experimentos que foram idealizados pelos cientistas, destacando ao longo do trajeto imaginário as contribuições dos principais cientistas que levaram à aceitação da proposta de Einstein sobre o efeito fotoelétrico. Com isso, os alunos ao interagirem com réplicas de experimentos, tiveram oportunidade de uma melhor construção do saber científico.

Na 1 a estação os viajantes pararam em 1820 na universidade de Copenhaque, onde o professor de Fisica dinamarquês Hans Christian Orsted (1777-1825) mostrou experimentalmente que os fenômenos elétricos e os magnéticos não eram tão indepedentes como defendiam os adeptos ao mecanicismo; nesta estação os alunos

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de licensiatura puderam visualisar e interiagir com uma réplica do experimento de Oersted (Fig 01), podendo perceber a relação direta entre eletricidade e magnetismo..

Figura 01: Experimento de Oersted

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Já em aproximadamente 300 anos antes os cientistas percebiam uma relação entre os dois fenômenos, devido às oscilações sofridas pelas bússolas dos navios quando atingidos por relâmpagos. Mas quando a experiência se tornou notória entre a maioria dos cientistas que pertenciam à comunidade científica da época se pode constatar que, ao passar de uma corrente elétrica por um fio metálico, uma agulha imantada de uma bússola mudava o sentido em 90 graus, deduzindo-se que a corrente elétrica gerou um campo magnético em volta do fio condutor de eletricidade.

Na 2 a estação foi apresentada a bobina de Faraday (1791-1867) (Fig. 02).

Figura 02: Experimento de Faraday

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Após o experimento visualizado na 1 a estação, a urna foi questionada se a partir de um campo magnético se poderia obter fenômenos elétricos. No experimento em que um imã é movimentado numa bobina de fio condutor metálico esmaltado (bobina da Figura 03) é induzinda uma corrente elétrica que pode ser medida num Galvanômetro. Na hi s t ó r i a i sso realmente trouxe fortes argumentos para, de maneira experimental, estabelecer a ligação entre magnetismo e eletricidade, instituindo-se o eletromagnetismo.

Figura 03: Experimento de Franck-Hertz

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A 3ª estação foi a estação de Hertz. os Com resultados produzidos pelos experimentos de Faraday, o cientista escocês James Clerck Maxwel desenvolveu um trabalho matemático que sintentizou o conhecimento do eletromagnetismo.Com ela foi prevista a existência de ondas eletro-magnéticas (Fig.04) e aí entra em cena o alemão Heinrich Hertz (1857 - 1894). Com o intuito de criar experiências para colaborar com as deduções matemáticas de Maxiwel, sobre a existência de ondas eletromagnéticas (Fig 04), ele percebeu que, a partir de descargas elétricas (centelhas), ondas poderiam viajar no espaço e serem captadas experimento Hertz.

Figura 04: Representação esquemática de uma onda eletromagnética

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Chegamos na 4 a estação: Stoletov: a primeira observação do efeito fotoelétrico foi feita pelo físico russo Alexander Stoletov (1839-1896), em 1872. Enquanto tirava ar de um pequeno frasco dentro do qual havia duas placas metálicas, isoladas elétricamente uma da outra e ligadas aos terminais de uma bateria, ele detectou o surgimento de uma corrente elétrica na bateria quando uma das placas foi atingida pela luz de uma lâmpada de mercúrio. Stoletov também percebeu que essa corrente cessava quando a placa deixava de ser iluminada. O fenômeno observado por Stoletov foi assim interpretado: quando radiações eletromagnéticas incidem numa placa metálica, cargas elétricas podem absorver energia suficiente para escaparem dela; a este fato se deu o nome de efeito foto elétrico, uma interação entre um fóton de luz e um elétron do metal atingido pela luz.

Em uma carta a Mileva (RENN e SHULMANN, 1992), escrita da cidade de Schauffhausen, sábado 28/12/1901, Einstein afirma ter lido o trabalho experimental de Lorentz e Drude que também escreveram sobre a eletrodinâmica de corpos em movimento, mas ele só reconheceu publicamente o trabalho de Lorentz de 1895 em 1905. Lorentz, por outro lado, desempenhou um papel crucial no desenvolvimento das teorias do eletromagnetismo e da relatividade. A teoria do eletromagnetismo não foi capaz de explicar completamente o efeito fotoelétrico, uma vez que seu modelo clássico, baseado nas equações de Maxwell, descreve a luz como uma onda eletromagnética contínua, não considerando o comportamento quantizado da luz ,segundo o qual a energia é transferida em pacotes discretos. A emissão de fótons ser instantânea era uma das questões que não se explicava pela transferência de energia por ondas. Mas quando o fóton é considerado uma partícula de luz ele pode ser absorvido por um elétron que assim ganha energia para vencer a função trabalho W e ser imediatamente emitido: 𝐸 𝑐 𝑚𝑎𝑥 ( ) = ℎ𝑓 -𝑊

Por meio dessa atividade, foi possível concluir que uma abordagem didática que combina a apresentação teórica com atividades práticas, pouco usada na universidade é um caminho interessante.

## Referências

ISOLA, Vinicius. A história do eletromagnetismo. 2022. Disponível em: https://www.ifi.unicamp.br/~lunazzi/F530\_F590\_F690\_F809\_F895/F809/F809\_sem1\_20 03/992558ViniciusIsola-RMartins\_F809\_RF09\_0.pdf. Acesso em: 20 mai. 2022.

MATOS DA COSTA, BRUNO HENRI. Uma aula sobre o efeito fotoelétrico para o ensino médio, 2005. Disponível em: https://pantheon.ufrj.br/bitstream/11422/2927/4/BHMCosta.pdf Acesso em : 27 dez. 2022.

RENN, JURGEN; SCHULMANN, ROBERT (orgs). Albert Einstein- Mileva Maric: cartas de amor. Campinas, SP: Papirus, 1992.