Taller efecto fotoeléctrico

Taller de Efecto Fotoeléctrico y Dualidad Onda – Partícula
Por: Luis Guillermo Avendaño C.

Efecto fotoeléctrico y Dualidad Onda – Partícula En el año 1905 Albert Einstein publicó un trabajo sobre el efecto fotoeléctrico llamado “Sobre un punto de vista heurístico concerniente a la producción y transformación de luz”. Con este trabajo se comenzaba a dar significado a los conceptos propuestospor Max Planck respecto de la cuantización de la energía, propuesta inicialmente para la radiación de cuerpo negro. A Planck nunca se ocurrió extender la idea de la cuantización de la energía electromagnética, es decir, suponer que ésta tenía carácter discreto. La idea de que la luz era conformada por partículas fue expuesta inicialmente por Newton, pero fue ampliamente debatida en vista de que laluz exhibía propiedades ondulatorias como en los fenómenos de interferencia y difracción ya demostrados en los experimentos de doble ranura de Young. Precisamente Einstein sugiere, para explicar los fenómenos de la fluorescencia y el efecto fotoeléctrico, que la luz está compuesta de cuantos discretos de energía. Desde finales del siglo XIX ya se observaba que ciertos metales emitían electrones alser iluminados con una luz de determinada frecuencia. El proceso por el cual los electrones de un material son emitidos mediante la interacción con radiación electromagnética se denomina efecto fotoeléctrico. Los fotones le confieren su energía a los electrones. 1 También pueden obtenerse electrones a partir de un metal mediante el incremento de la temperatura, este fenómeno es conocido comotermoemisión y de momento escapa al interés del presente taller. Einstein en su trabajo expuso que la luz incidente consistía de cuantos de energía de magnitud igual al producto de su frecuencia por la constante de Planck, no obstante, la expulsión de los electrones por el haz de luz es como sigue: Los cuantos de luz penetran la capa superficial del cuerpo y su energía se transforma, por lo menos enparte, en energía cinética de los electrones. La manera más sencilla de imaginar esto es que un cuanto de luz entrega toda su energía a un solo electrón. A un electrón que se le haya impartido energía cinética dentro del cuerpo habrá perdido parte de esta energía en el recorrido a la superficie. Además se deberá realizar una cantidad de trabajo para poder escapar del metal, trabajo característicode la sustancia, en general un metal. Adicionalmente Einstein predijo que la energía cinética máxima que debe tener un electrón emitido por un metal debe aumentar directamente al aumentar la frecuencia de la radiación incidente. En el siguiente gráfico se encuentra de forma esquemática los resultados obtenidos experimentalmente que corroboraron dicha
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También se han observado fenómenos en loscuales el fotón confiere parcialmente su energía al electrón cambiando su frecuencia, dicho fenómeno recibe el nombre de efecto Compton y no se ejemplifica en el presente taller.

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Por: Luis Guillermo Avendaño C.

predicción. Note que todas las curvas son paralelas entre sí, tienen la misma pendiente, lo que está en relacióndirecta con la constante de Planck. El punto de corte con el eje horizontal, es decir cuando tienen una energía cinética igual a cero, es diferente y característico para cada material empleado en la fotoemisión. Dicho punto de corte se llama frecuencia mínima o umbral ( o, nú subcero) y está relacionado con el trabajo necesario para hacer que el electrón abandone el metal: energía mínima o umbral.En 1903 Ladenburg demostró experimentalmente que la energía de los electrones expulsados es independiente de la intensidad de la luz, pero proporcional a su frecuencia. Robert Millikan mediante una serie de experimentos detallados eliminó cualquier duda respecto de la validez de las conclusiones de Einstein. Millikan expresó en la ceremonia de entrega de los premios Nobel en 1923: “Después de...