O efeito fotoelétrico pode ocorrer em nossa pele?

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A hipótese do efeito fotoelétrico é basicamente uma : a luz é composta de partículas, de energia hf, cada ; h é a constante de Planck e f a frequência da onda. Isso, ao meu ver, é no mínimo curioso. Frequência é uma grandeza física relacionada à ondas. Porém, nesse caso, está associada a uma partícula! Mas partículas em movimento não possuem frequência, tais quais as ondas possuem, não é verdade?! Não.

A princípio, a ideia de que a luz era formada por partículas que viajavam no espaço com uma frequência f (ou um comprimento de onda), parecia apenas uma hipótese como qualquer outra. Entretanto, o amplo respaldo experimental, junto com o desenvolvimento teórico da evolução das ideias da Física, tornaram tal hipótese válida e sólida. Podemos tratar a luz literalmente como uma “bolinha de bilhar” ou como uma “onda do mar”.

A luz possui uma natureza dual, a chamada dualidade onda-partícula. É de importância ressaltar que tal natureza dual, não significa, natureza simultânea. A luz não é simultaneamente partícula e onda. Mas sim onda ou partícula. Por exemplo, para explicar as franjas escuras e claras no famoso exemplo de Young das duplas fendas, deve-se tratar a luz apenas num caráter ondulatório :

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Já na explicação da ejeção de elétrons de uma placa metálica, devido a incidência de luz, a luz possui exclusivamente um caráter corpuscular :

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Muitas ideias que fogem ao senso comum dos físicos, são confirmadas e suportadas assim, comparando experimentos. Mesmo que indiquem coisas “estranhas”. É também o caso, da expansão do Universo (não parece extraordinário a expansão do espaço?) confirmado pelo desvio do vermelho na radiação cósmica de fundo, dentre outros.

Depois dessa breve descrição da natureza da luz, resta responder a pergunta : nossa pele pode ejetar elétrons devido a incidência da radiação eletromagnética (luz), como os metais o fazem?

Devemos lembrar que o efeito fotoelétrico, como qualquer outro fenômeno físico, deve estar estabelecido num princípio fundamental da Física :

A energia total de um sistema isolado, permanece constante.

Foi essa ideia, que sustenta toda Física, usada por Einstein para explicar o efeito fotoelétrico : a partícula de luz, ou fóton (um pacote de energia) ao se chocar com uma placa metálica, pode ejetar um elétron da superfície do material conservando a energia no processo. O elétron ejetado possui um valor de energia, que é sua energia cinética. Percebeu-se que nem toda frequência da radiação eletromagnética – isto é, da luz- era capaz de ejetar elétrons e que tal fenômeno também dependia do material (cobre, zinco, prata…). Portanto, deve existir uma energia mínima, específica em cada material, que deve ser “vencida” para que o elétron seja emitido ; essa energia é chamada “Função Trabalho”.

Vamos supor que a energia do fóton incidente em uma placa de cobre tenha valor 3, e que a função trabalho tenha valor 5. Esse fóton em questão não emitirá nenhum elétron da placa, pois não possui energia suficiente para “quebrar” a energia que liga o elétron ao átomo de cobre. É mais ou menos como um jogo de sinuca onde o fóton é uma bola de bilhar e o elétron outra bola de bilhar ligado numa mola, de sorte que para que o elétron seja arrancado da mola, a bola de bilhar do fóton deve ter uma energia superior a energia de ligação entre a mola e o elétron. Conforme figura abaixo :

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E1 e E2 representam a energia do fóton e a energia de ligação da mola com o elétron, respectivamente. E3 é a energia cinética do elétron “liberado”. Evidentemente essa analogia deve ser levada em consideração apenas para visualizar melhor o problema. Dito essas coisas, podemos equacioná-lo da seguinte maneira :

E1 = E2 + E3

Que é a conservação da energia aplicada ao problema.

E se trazermos isso para nossa pele?

A esquemática será a mesma. Contudo, nossa pele é composta não apenas por um “único material” como é no caso dos átomos de placas metálicas, mas sim de vários átomos de diferentes elementos químicos. Em outras palavras, não haverá um único valor para E2 na pele.

Enfim, é possível ejetarmos elétrons pela incidência de radiação na pele? A resposta é : não. A radiação para tal, deve ser tão grande, que antes que pudéssemos “eliminar” elétrons, nossa pele já teria literalmente “torrado”! Por mais bizarro que isso possa parecer, eu não posso deixar de terminar o post com a seguinte recomendação : não tente experimentar o efeito fotoelétrico em você mesmo!

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Sobre Douglas Aleodin

Mestrando em Física pela Universidade Federal da Bahia.
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