Efecto fotoelectrico

EFECTO FOTOELÉCTRICO El efecto fotoeléctrico fue observado por primera vez por Heinrich Hertz, en 1887. La luz de cierta frecuencia puede lograr que un metal emita electrones, fenómeno conocido como ‘efecto fotoeléctrico’. En 1902, Lenard estudió el efecto e hizo el descubrimiento de que la energía cinética del fotoelectrón depende crucialmente de la frecuencia de la radiación dirigida al metal.En 1905, en un alarde teórico extraordinario, Albert Einstein da una explicación plausible para el efecto fotoeléctrico: 1) La radiación electromagnética se comporta termodinámicamente como si consistiera de cuantos de energía de magnitud hν. (HIPÓTESIS DEL CUANTO DE LUZ) 2) Un cuanto de luz incide sobre cada uno de los electrones del metal, produce su salida de la atracción del sólido y le da unaenergía cinética adicional

donde y

mv 2 εf =ω + 2

ε f = hν

ω = hν 0
pues sólo se logra la emisión a partir de cierta frecuencia, ν0, conocida como ‘frecuencia umbral’. 3) Einstein propone por lo tanto, en 1905, que la energía cinética de los fotoelectrones es igual a

mv 2 = hν − hν 0 2

EFECTO FOTOELÉCTRICO ¿Qué sabemos hoy sobre el efecto fotoeléctrico? La emisión deelectrones de un metal puede lograrse: 1) Calentando lo suficiente al metal para que la energía térmica logre que los electrones salgan de la superficie. (Emisión termiónica). 2) Colocando un campo eléctrico lo suficientemente alto como para extraer a los electrones de la superficie de metal. (Emisión por campo). 3) Lanzando una partícula sobre el metal, que golpee a un electrón y lo saque de la atraccióndel sólido. (Emisión secundaria) 4) Haciendo incidir luz sobre la superficie del metal. Según Einstein, el fotón golpea a un electrón y lo saca de la atracción del sólido. (Emisión fotoeléctrica). Como vemos, siempre es necesario proporcionar al electrón el trabajo suficiente como para vencer la atracción del metal: función conocida como ‘función trabajo’, ω.

EFECTO FOTOELÉCTRICO ¿Qué sabemoshoy sobre el efecto fotoeléctrico? En el caso del efecto fotoeléctrico, puede estudiarse en un dispositivo como el mostrado en la figura.

Se elige el ánodo como la superficie metálica de la cual se van a desprender los electrones, los cuales tienen que vencer el campo eléctrico opuesto a su trayectoria para alcanzar el cátodo. Cuando llegan al cátodo se mide la corriente eléctrica en elgalvanómetro. Puede, desde luego, incrementarse la diferencia de potencial con la fuente de poder y registrar en el voltímetro la diferencia de potencial que logra que no haya carga atravesando por el galvanómetro. A esa diferencia de potencial se le conoce como ‘diferencia de potencial de frenado’.

EFECTO FOTOELÉCTRICO ¿Qué sabemos hoy sobre el efecto fotoeléctrico? En ese punto la energía cinéticamáxima de los fotoelectrones se convierte en energía potencial eléctrica, siendo ∆ϕ0 la diferencia de potencial que provocó la anulación de la corriente a través del galvanómetro, y éstos regresan al ánodo.

e∆ϑ0 =

Las variables susceptibles de modificar en el experimento son: 1) La diferencia de potencial ∆ϕ, por debajo de ∆ϕ0, que provoca la corriente i por el galvanómetro. 2) La intensidadde iluminación del ánodo, I 3) La frecuencia de la luz incidente, ν. 4) La naturaleza del metal del ánodo.

1 2 mv 2

EFECTO FOTOELÉCTRICO ¿Qué sabemos hoy sobre el efecto fotoeléctrico? Lo sorprendente del efecto fotoeléctrico es que: 1) La fotoemisión es instantánea, inmediatamente después de la llegada de la luz al metal. 2) ∆ϕ0 resulta invariante, aunque cambie la intensidad de la luz.3) La fotoemisión sólo es posible a partir de cierta frecuencia límite, conocida como frecuencia umbral, ν0. 4) Para cualquier intensidad, I, o fotocorriente, i, la energía cinética máxima depende linealmente de la frecuencia, para ν > ν0.

mv max = hν − hν 0 2

2

EFECTO FOTOELÉCTRICO Después de 1905, en que Einstein empleó la constante de Planck para cuantizar la luz, con la fórmula...