Teoria del efecto fotoelectrico

Teoria del efecto fotoelectrico

Ecuación del efecto fotoeléctrico

La explicación de Einstein del efecto fotoeléctrico era muy sencilla. Supuso que la energía cinética del electrón expulsado era igual a la energía del fotón incidente menos la energía necesaria para sacar el electrón del material, lo que se llama la función de trabajo. Así, el fotón incide en una superficie, cede casi toda su energía a un electrón y éste es expulsado con esa energía menos la necesaria para sacarlo del átomo y alejarlo de la superficie. La energía de un fotón viene dada por E = hg = hc/l donde g es la frecuencia del fotón, l es la longitud de onda y c es la velocidad de la luz. Esto se aplica no sólo a la luz, sino también a los rayos X y a los rayos gamma. Por tanto, cuanto más corta sea la longitud de onda, más energético será el fotón.

Muchas de las propiedades de la luz, como la interferencia y la difracción, pueden explicarse de forma más natural mediante una teoría ondulatoria, mientras que otras, como el efecto fotoeléctrico, sólo pueden explicarse mediante una teoría de partículas. Este hecho peculiar suele denominarse dualidad onda-partícula y sólo puede entenderse mediante la teoría cuántica, que debe servir para explicar lo que ocurre a escala atómica y que proporciona una descripción unificada de ambos procesos.

Cómo afecta la intensidad a la corriente fotoeléctrica

Durante sus experimentos sobre la radiación electromagnética (para demostrar que la luz está formada por ondas e-m), Hertz observó que se producía una chispa entre las dos bolas metálicas cuando incidía en ellas una radiación de alta frecuencia. Esto se llama efecto fotoeléctrico. El efecto fotoeléctrico es la emisión de electrones cuando las radiaciones electromagnéticas de frecuencia suficiente inciden sobre determinadas superficies metálicas. Llamamos a los electrones emitidos como fotoelectrones y a la corriente que constituyen como fotocorriente. El fenómeno fue observado por primera vez por Heinrich Hertz en 1880 y explicado por Albert Einstein en 1905 mediante la teoría cuántica de la luz de Max Planck. Como primer experimento que demostró la teoría cuántica de los niveles de energía, el experimento del efecto fotoeléctrico tiene una gran importancia histórica.

Ahora bien, si aumentamos el potencial inverso, la fotocorriente disminuye gradualmente y se hace cero a un potencial inverso determinado. Este potencial inverso mínimo aplicado se llama potencial de parada V0. Por lo tanto, la energía cinética máxima de los fotoelectrones se puede escribir como

El efecto fotoeléctrico de einstein

En las antiguas historias de ciencia ficción (años 50), uno de los temas de los viajes espaciales era el uso de velas solares para la propulsión. La idea era que la presión de los fotones del sol empujaría la vela (como las velas del viento) y movería la nave espacial. Lo que antes era ciencia ficción es ahora una realidad, ya que se están desarrollando y probando velas solares para los viajes espaciales modernos.

En 1905, Albert Einstein (1879-1955) propuso describir la luz como cuantos de energía que se comportan como partículas. Un fotón es una partícula de radiación electromagnética que tiene masa cero y lleva un quantum de energía. La energía de los fotones de luz se cuantifica según la ecuación E = hv. Durante muchos años, la luz se había descrito utilizando sólo conceptos ondulatorios, y los científicos formados en la física clásica encontraron que esta dualidad onda-partícula de la luz era una idea difícil de aceptar. Un experimento clave que fue explicado por Einstein utilizando la naturaleza de partícula de la luz fue el llamado efecto fotoeléctrico.

El efecto fotoeléctrico es un fenómeno que se produce cuando la luz que incide sobre una superficie metálica provoca la expulsión de electrones de ese metal. Se observó que sólo determinadas frecuencias de luz son capaces de provocar la expulsión de electrones. Si la frecuencia de la luz incidente es demasiado baja (luz roja, por ejemplo), no se expulsan electrones aunque la intensidad de la luz sea muy alta o se proyecte sobre la superficie durante mucho tiempo. Si la frecuencia de la luz es más alta (luz verde, por ejemplo), los electrones pueden ser expulsados de la superficie metálica aunque la intensidad de la luz sea muy baja o se emita durante poco tiempo. Esta frecuencia mínima necesaria para provocar la expulsión de electrones se denomina frecuencia umbral.

Experimento del efecto fotoeléctrico

La naturaleza, al parecer, estaba cuantizada (no continua, o discreta). Si esto era así, ¿cómo podían las ecuaciones de Maxwell predecir correctamente el resultado del radiador de cuerpo negro? Planck pasó mucho tiempo intentando reconciliar el comportamiento de las ondas electromagnéticas con la naturaleza discreta de la radiación del cuerpo negro, sin éxito. No fue hasta 1905, con otro artículo publicado por Albert Einstein, que la naturaleza ondulatoria de la luz se amplió para incluir la interpretación de la luz como partícula que explicaba adecuadamente la ecuación de Planck.

El efecto fotoeléctrico fue documentado por primera vez en 1887 por el físico alemán Heinrich Hertz, por lo que a veces se le denomina efecto Hertz. Mientras trabajaba con un transmisor de chispa (un dispositivo primitivo de radiodifusión), Hertz descubrió que, al absorber ciertas frecuencias de luz, las sustancias emitían una chispa visible. En 1899, J.J. Thomson identificó esta chispa como electrones excitados por la luz (llamados fotoelectrones) que salían de la superficie del metal (Figura 1.3.1

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