quimica

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El efecto fotoeléctrico

Se presenta una revisión del trabajo de Albert Einstein de 1905 que popularmente se conoce como del efecto fotoeléctrico, y por el cual se le otorgó el premio Nobel en 1921.
Mostramos que para Einstein el efecto en sí no era importante, sino que estaba interesado en entender los procesos de emisión y absorción de radiación por la materia. Veremos también que alentender la termodinámica de la radiación electromagnética en una cavidad en equilibrio térmico a una temperatura dada, Einstein pudo plantear su hipótesis de los quanta que aplicó a tres fenómenos de interés en esos años, entre ellos el efecto fotoeléctrico.


1 .A quién le interesaba el efecto fotoeléctrico?

A Albert Einstein el efecto no le interesaba en sí mismo, además de que su teoría por laprimera década del siglo pasado provocaba serias críticas negativas. Por ejemplo, Planck, Nernst, Rubens y Warburg escribieron en 1913:


3. ¿Quién comprobó la teoría de Einstein?

En 1912, Arthur Lewelyn Hughes, Owes William Richardson y Karl Taylor Compton demostraron experimentalmente el crecimiento lineal con la frecuencia de la energía cinética de los electrones fotoemitidos. Pero fueRobert Andrews Millikan quien midió, en 1916, tanto la frecuencia de la luz como la energía de los electrones emitidos, y obtuvo un valor de la constante de Planck en buen acuerdo con el obtenido en experimentos de radiación de cuerpo negro.






4. ¿Qué nos dicen los experimentos sobre el efecto
Fotoeléctrico?


Básicamente los experimentos muestran que: la energía cinética de losfotoelectrones son independientes de la intensidad de la luz; la energía cinética máxima de los fotoelectrones, Kmax = eV0, depende solamente de la frecuencia o longitud de onda de la radiación incidente; la función de trabajo 0 w del material emisor determina la frecuencia de umbral de la luz que puede liberar a los electrones; el número de fotoelectrones liberados es proporcional a la intensidad dela luz.

5. ¿Qué nos dice la teoría clásica?

En la teoría clásica la energía luminosa se encuentra uniformemente distribuida sobre el frente de onda. Entonces, si la luz es suficientemente débil existirá un tiempo de retraso mensurable entre el instante en que la luz empieza a incidir sobre la superficie y la expulsión del fotoelectrón. Durante este intervalo el electrón deberá absorberenergía del haz hasta acumular la suficiente para escapar. Sin embargo, nunca se ha medido un tiempo de retraso


6. Radiación de cuerpo negro y la catástrofe del
Ultravioleta.

Einstein tomó como caso de estudio la radiación de cuerpo negro en una cavidad, en particular estudió los cambios de entropía de la radiación al cambiar el volumen y comparó su expresión matemática con la correspondienteal cambio de entropía de un gas ideal al cambiar el volumen contenedor. La similitud le llevó a postular su hipótesis de los quanta de luz, Por lo tanto, y a fin de completar la información, enseguida hablaremos de la radiación térmica de los cuerpos, en particular de los cuerpos negros y de la hipótesis e ideas de Planck.


7. La técnica computacional de Planck

Planck fue el creador delmétodo de la “cuchara”, fue el primero en hacer uso de la constante de “Wilson” (h). Considero la cavidad con un agujero pequeño en comparación con sus dimensiones y que la conecta con el exterior. Cualquier rayo de luz que penetre a la cavidad a través del agujero será muy probable que primero sea absorbido por las paredes antes que salga por el agujero, siendo este lo suficientemente pequeño. Paracompletar el marco del trabajo consideraba que para determinar la densidad de energía era esencial: el número de modos en un intervalo de frecuencias y la energía promedio asociada a ese modo, que para una cavidad en equilibrio térmico está dada por el teorema de equiparticion de la energía ε=kT. Haciendo esto se obtiene el espectro de Rayleigh Jeans, el cual falla para frecuencias altas o...
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