Você sabe o que levou Einstein a ganhar o prêmio Nobel?
Na conjuntura das pesquisas científicas, existem algumas formas de atribuir maior visibilidade aos trabalhos desenvolvidos e, consequentemente, aos seus autores. Dentre eles, destaca-se a publicação de artigos acadêmicos em revistas científicas reconhecidas - junto à citação desses em outros trabalhos -, a participação em palestras e congressos e, principalmente, a indicação e/ou participação em diversas modalidades de prêmios. Tais, por sua vez, podem apresentar as mais diversas proporções, estendendo-se desde pequenas premiações realizadas nas tão aguardadas "feiras de ciências" escolares até importantes prêmios internacionais - como, por exemplo, a Medalha Internacional de Descobrimentos Proeminentes em Matemática, carinhosamente apelidada de Medalha Fields, a qual é concebido a jovens matemáticos que realizaram grandes contribuições a essa ciência.
Fonte: http://www.astropt.org/2013/07/23/o-efeito-fotoeletrico/
Criado em 1901, o prêmio Nobel é, atualmente, uma das formas de premiação mais reconhecidas dentre o meio acadêmico. Diante disso, não é de se estranhar que, por exemplo, em diversos documentários, reportagens e, inclusive, romances, costuma-se referir aos seus ganhadores como "o prêmio Nobel [nome do ganhador]" - de forma análoga a um título, como o de mestre ou doutor.
Maxwell e a natureza eletromagnética da luz
Sendo assim, para realizar o experimento, o professor, ao invés de aproximar do eletroscópio um objeto carregado, incidiu luz ultravioleta sobre ele. Consequentemente, dado o efeito fotoelétrico, as folhas desse se abriram, demonstrando que o eletroscópio - mais precisamente, seus componentes metálicos - haviam adquirido carga elétrica.
Einstein e a explicação de um fato que foge do senso comum
Contudo, nesse contexto, é inegável a enorme proeminência de um prêmio em especial: o prêmio Nobel.
Criado em 1901, o prêmio Nobel é, atualmente, uma das formas de premiação mais reconhecidas dentre o meio acadêmico. Diante disso, não é de se estranhar que, por exemplo, em diversos documentários, reportagens e, inclusive, romances, costuma-se referir aos seus ganhadores como "o prêmio Nobel [nome do ganhador]" - de forma análoga a um título, como o de mestre ou doutor.
Sendo assim, no dia 06 de outubro, foram divulgados os nomes dos três ganhadores do prêmio Nobel da física deste ano: Roger Penrose, Reinhard Genzel e Andrea Ghez. Penrose foi agraciado com o prêmio em virtude de descobertas sobre a relação entre a Teoria Geral da Relatividade e a formação de buracos negros, ao passo que Genzel e Ghez foram reconhecidos pela descoberta de um objeto extremamente massivo no centro de nossa galáxia - o qual, por sua vez, governaria a órbita das estrelas dessa.
Contudo, é interessante notar que, embora muitos cientistas tenham se tornado extremamente conhecidos após receberem o prêmio, em muitas ocasiões, esse não lhes foi concedido em razão de suas descobertas mais famosas. Esse é o caso de Albert Einstein que, em 1921, foi premiado com o prêmio Nobel da física não por suas Teorias da Relatividade, mas sim "por suas contribuições à física teórica e, especialmente, por sua descoberta da lei do efeito fotoelétrico".
Diante disso, a publicação desta semana pretende explicar no que consiste o efeito fotoelétrico e, com isso, tentar te convencer do porquê os estudos de Einstein acerca desse assunto valeram o título de "prêmio Nobel" 🏆
Maxwell e a natureza eletromagnética da luz
Por volta de 1860, James Clerk Maxwell elaborou uma teoria matemática para descrever a radiação em função de campos elétricos e magnéticos oscilantes – isto é, cujo comportamento se assemelha ao de ondas. Em outras palavras, a radiação - agora denominada radiação eletromagnética - seria composta por duas ondas perpendiculares entre si, de tal forma que uma delas corresponderia a um campo elétrico e a outra, a um campo magnético. Com efeito, Maxwell reforçou que a luz - ou seja, radiação que se encontra no espectro de luz visível - apresentaria esse mesmo comportamento.
Semelhante constatação de Maxwell - isto é, de que a luz consiste em uma forma de radiação eletromagnética - foi comprovada por Heinrich Hertz em 1887, através de um experimento que foi didaticamente reproduzido e explicado no vídeo a seguir, produzido pelo canal Física na Prática:
Não obstante, nesse mesmo experimento, Hertz observou um novo fenômeno, o qual, aparentemente, não poderia ser explicado unicamente através das ideias de Maxwell: o efeito fotoelétrico. De modo simplificado, o cientista observou que a incidência de radiação eletromagnética sobre a superfície de um metal, "arrancava" elétrons dessa, de tal modo que ela passava a apresentar uma carga positiva.
Quando eu estava no Ensino Médio, tive a oportunidade de observar o efeito fotoelétrico em uma de minhas aulas de laboratório. Para isso, meu professor utilizou um eletroscópio de folhas - um instrumento através do qual é possível conferir se um dado corpo apresenta carga elétrica. Assim, conforme pode ser visto na figura abaixo, quando aproximamos um objeto carregado ao eletroscópio, suas "folhas" - feitas de metais, ou seja, materiais condutores - irão se abrir, já que acumularão cargas de mesmo sinal.
Sendo assim, para realizar o experimento, o professor, ao invés de aproximar do eletroscópio um objeto carregado, incidiu luz ultravioleta sobre ele. Consequentemente, dado o efeito fotoelétrico, as folhas desse se abriram, demonstrando que o eletroscópio - mais precisamente, seus componentes metálicos - haviam adquirido carga elétrica.
Einstein e a explicação de um fato que foge do senso comum
Tendo em vista esta breve explicação do efeito fotoelétrico, gostaria de fazer uma pergunta: imagine que, para uma determinada frequência e intensidade de radiação eletromagnética, não é possível observar o efeito fotoelétrico em um certo metal - isto é, nenhum elétron é "arrancado" desse. Como poderíamos fazer com que esse mesmo metal seja eletrizado?
Se você nunca estudou esse assunto, é provável que tenha respondido que poderíamos aumentar a intensidade dessa radiação, de modo a "potencializar" o efeito fotoelétrico. Tal constatação faz sentido em uma primeira análise, sendo corroborada pelas ideias do próprio Maxwell.
Porém, se realizarmos essa experiência, perceberemos que, na verdade, não haverá nenhuma diferença: o metal continuará sem ser eletrizado, independentemente da intensidade dessa radiação. Além disso, também perceberemos que a incidência de radiação dotada de frequência menor do que uma determinada frequência crítica não "arrancará" elétrons desse metal, ao passo que, para radiações com frequência maior do que tal frequência crítica, o metal será eletrizado. Em resumo, a energia máxima dos elétrons emitidos no efeito fotoelétrico depende da frequência das ondas de radiação eletromagnéticas incidentes, e não de suas intensidades.
Você pode testar essas conclusões através do "Simulador: Efeito Fotoelétrico" desenvolvido pelo PhET, o qual pode ser acessado através do link: https://phet.colorado.edu/sims/cheerpj/photoelectric/latest/photoelectric.html?simulation=photoelectric&locale=pt_BR. Para isso, acho importante reforçar que a cor de uma determinada luz está relacionada ao seu comprimento de onda - e, portanto, a sua frequência -, e não a sua intensidade. Além disso, a quanto maior o comprimento de onda, menor a frequência.
Provavelmente em razão de sua natureza contra-intuitiva, semelhante fato envolvendo o efeito fotoelétrico só pôde ser explicado em 1905, quando Albert Einstein - baseando-se nas ideias de quantização de Max Planck - propôs, em seu artigo “Sobre um ponto de vista heurístico a respeito da produção e transformação da luz”, que a luz seria composta por pequenos "pacotes" de energia, os quais foram posteriormente chamados de fótons.
Com base nisso, Einstein afirmou que fótons atrelados a cada tipo de radiação apresentariam energias (E) específicas, as quais seriam dadas através da fórmula: 
, onde f corresponde, justamente, à frequência atrelada a essa radiação. Portanto, levando-se em conta essa ideia, podemos concluir que a existência de uma frequência fundamental - ou seja, uma frequência mínima para que ocorra o efeito fotoelétrico - é justificada pela necessidade de uma energia mínima para "arrancar" os elétrons da superfície do metal em questão.
https://www.nobelprize.org/
Recomendação:
Caso você tenha ficado curioso sobre como o efeito fotoelétrico pode ser aplicado em nosso cotidiano, recomendo a leitura da publicação "O Efeito Fotoelétrico e as Portas Automáticas", publicada no blog Efeito Fotoelétrico & Laser. Nele, Erick Lodi explica o funcionamento das células fotoelétricas, as quais são utilizadas em sensores de portas automáticas e, inclusive, são as responsáveis pela opção de "brilho automático" do seu celular 😀
Esta publicação se baseou em dados extraídos das seguintes fontes:
Livro: Origens e Evolução das Ideias da Física, publicado pela editora EDUFBA
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