O efeito fotoelétrico ocorre quando luz de uma determinada frequência, ou de frequências superiores a essa, incide sobre uma superfície metálica, e arranca elétrons dela, gerando uma corrente.
O efeito contraria a física clássica em vários fatos experimentais, com os dois principais listados a seguir:
- A energia cinética máxima dos elétrons independe da intensidade da luz incidente, e depende essencialmente na frequência dessa radiação.
- Existe uma frequência tal que para frequências inferiores a ela não ocorre o efeito fotoelétrico.
Em 1905, Albert Einstein postulou que a luz era composta de unidades discretas de energias, os fótons. Baseando-se na teoria da radiação de corpo-negro de Max Planck, Einstein propôs que a energia de cada fóton depende apenas da sua frequência $\nu$,
\begin{equation}
E= h \nu,
\end{equation}
onde $h$ é a constante de Planck.
Cada material possui uma função de trabalho, $\phi$, onde $e\phi$ corresponde a energia necessária para se arrancar um elétron do material. A energia cinética dos elétrons emitidos é, então:
\begin{equation}
E= h \nu - e\phi.
\end{equation}
No presente experimento, a luz incide na fotocélula que consiste de um cátodo e um ânodo, onde também existe uma tensão $V$ desaceleradora. A tensão entre o cátodo e o ânodo é $V^\prime = V - \phi_c+\phi_a$, onde $\phi_c$ e $\phi_a$ são, nesta ordem, a função de trabalho do cátodo e no ânodo. Para a tensão em que a corrente se anula, definimos $V \equiv V_0$, que é a tensão de corte. Neste caso, temos:
\begin{equation}
h\nu -e\phi_c = e(V_0 - \phi_c+\phi_a),
\end{equation}
e obtemos:
\begin{equation}
V_0= \frac{h}{e} \nu - e\phi_a.
\end{equation}
Podemos então obter a constante de Planck se obtivermos a tensão de corte para diferentes frequências de luz incidente.
Figura 1: O magneton de Bohr
