Existe uma linha tênue entre tirar uma foto com um smartphone e um dos pilares mais relevantes da física moderna — e tudo está intrinsecamente ligado a Albert Einstein, um dos maiores cientistas do mundo.

Por trás das imagens capturadas por celulares, está a teoria do efeito fotoelétrico, formulada por Einstein no início do século XX, que funciona como a base de funcionamento dos sensores de imagem usados em todas as câmeras digitais conhecidas pela humanidade atualmente. A teoria, inclusive, rendeu um Prêmio Nobel de Física ao cientista em 1921.

É com base no efeito fotoelétrico que o sensor da câmera interage com o silício, o material semicondutor mais utilizado na indústria eletrônica. Quando a luz atinge o sensor, seus fótons liberam elétrons dos átomos de silício. Esses elétrons — chamados de fotoelétrons — são então coletados nos pixels da câmera e convertidos em sinais elétricos. A quantidade de elétrons acumulados determina a intensidade da luz em cada ponto da imagem.

A teoria que mudou a física

Em 1905, no artigo “On a Heuristic Viewpoint Concerning the Production and Transformation of Light”, Einstein apresentou uma explicação inovadora: a luz é formada por partículas chamadas fótons, e cada fóton carrega uma quantidade definida de energia, proporcional à sua frequência.

Quando esses fótons atingem certos materiais, como metais ou semicondutores, podem liberar elétrons — um fenômeno que passou a ser conhecido como efeito fotoelétrico. A equação formulada por Einstein para descrever esse efeito é:

Kmax=hν−WK_{max} = h\nu - W Kmax​=hν−W

Nela, K_max representa a energia cinética do elétron liberado, h é a constante de Planck, ν a frequência da luz e W é a função trabalho — a energia mínima necessária para remover o elétron do material.

Einstein foi o primeiro a propor que a energia do fóton era transferida integralmente a um único elétron, rompendo com a visão clássica que tratava a luz apenas como uma onda.

Décadas depois, esse princípio permitiu o desenvolvimento de sensores como CCD e CMOS, fundamentais para a criação das câmeras digitais.

Da teoria à prática nos smartphones

Os sensores das câmeras de smartphones modernos são formados por milhões de pixels microscópicos, organizados em uma matriz que cobre toda a superfície sensível à luz. Cada pixel atua como uma pequena célula capaz de coletar os elétrons liberados quando a luz incide sobre o material semicondutor, geralmente o silício.

Quando um fóton atinge o sensor, transfere sua energia a um elétron do átomo de silício. Esse elétron é ejetado e armazenado em uma região específica do pixel. A quantidade de elétrons acumulados indica o nível de luminosidade captado naquele ponto, gerando um valor elétrico proporcional à luz recebida.

O conjunto de todos esses sinais elétricos, provenientes de milhões de pixels, é processado pelo circuito do dispositivo e convertido em uma imagem digital. Esse processo, fundamental para a fotografia digital, só é possível graças à explicação teórica do efeito fotoelétrico apresentada por Einstein em 1905.

A conexão entre teoria e aplicação não parou por aí. Em 1935, Einstein registrou, junto ao médico Gustav Bucky, uma patente de número 2.058.562 nos Estados Unidos para uma câmera equipada com células fotoelétricas — o chamado “olho eletrônico”.

O dispositivo ajustava automaticamente a abertura e o tempo de exposição com base na intensidade da luz do ambiente, antecipando os princípios da fotografia automática que se tornariam padrão décadas depois.