efecto foto

XX CONCURSO UNIVERSITARIO FERIA DE LAS CIENCIAS

EL EFECTO FOTOELECTRICO

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Presentamos una revisión del trabajo de Albert Einstein de 1905 y por el cual se le otorgó el premio Nobel del año de
1921, es decir, del trabajo que popularmente se conoce como del efecto fotoeléctrico. Mostramos que para Einstein el
trabajo en sí no eraimportante, sino que estaba interesado en entender los procesos de emisión y absorción de
radiación por la materia. Veremos, también, que al entender la termodinámica de la radiación electromagnética en una
cavidad en equilibrio térmico a una temperatura dada, Einstein pudo plantear su hipótesis de los cuantos la cual procedió
a aplicar a tres fenómenos de interés en esos años, entre ellos elefecto fotoeléctrico.
Cuando nos hablan de Einstein viene a nuestra mente la imagen del viejo genio con cabellera blanca, bigote tupido y
mirada inteligente. Viene a nuestra mente el nombre de relatividad, tanto la especial con su famosa fórmula E = mc2 y su
consecuencia desastrosa, la bomba atómica, como la general con su predicción de la curvatura de la trayectoria de un
haz luminoso alpasar cerca de el sol. Predicción corroborada espectacularmente en 1919 en ocasión de un eclipse de
sol. Bueno, esta vez no hablaremos de eso, vamos a hablar de su artículo por el cual le fue concedido el premio Nobel
de Física en el año de 1921, el Efecto
Fotoeléctrico.
Hablaremos del efecto fotoeléctrico sí, pero en el contexto de lo que podríamos decir fue su línea de pensamiento, por
ciertono muy conocida, que lo guió desde sus primeras investigaciones y hasta los años veintes. Este proyecto estuvo
basado en su propia metodología mecánico estadística, donde por cierto introdujo el ensamble canónico y mostró la
importancia de las fluctuaciones. Podríamos pensar que Einstein fue el padre de lo que hoy se conoce como teorema de
fluctuación-disipación, esencial en la teoría derespuesta lineal.
El efecto fotoeléctrico se puede entender de manera sencilla como sigue. Si iluminamos una superficie metálica con un
haz luminoso de frecuencia apropiada se emiten electrones de la superficie. Esta emisión de electrones desde la
superficie por la acción de la luz se le denomina efecto fotoeléctrico.

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Con la llegada del siglo XX, en 1900, Planck a partir de la teoría electromagnética de Maxwell y Lorentz había realizado
experimentos para explicar la peculiaridad del espectro de radiación del llamado cuerpo negro y tratado, sin éxito, de
obtener una expresión matemática para la distribución observada de la distribución de energía emitida con diferentes
longitudes de onda. Pararesolver el problema, Planck sugirió que la energía de la radiación no es continua, como se
esperaría de las ondas, sino que está cuantizada, es discontinua, formada por cantidades discretas o “cuantos de
energía”. De esta manera, Planck descubrió la estructura cuántica de la radiación electromagnética.
La comprensión teórica de resultados previos fue realizada por Einstein, precisamente con lapropuesta del efecto
fotoeléctrico. Einstein aplicó a la electrodinámica la formulación termodinámica de L. Boltzmann, quien había sugerido
que las leyes de la termodinámica podrían derivarse de la aplicación de la mecánica estadística al movimiento de los
átomos. La aproximación de Boltzman implicaba la discontinuidad de la materia. Eso llevó a Einstein al descubrimiento
del fotón y de suspropiedades fundamentales.
Basándose en la teoría clásica de ondas, intentaba formular una teoría para explicar sus resultados experimentales de
radiación del cuerpo negro, es decir de la energía radiada por un objeto que absorbe toda la energía que recibe. Estos
resultados experimentales se expresan mediante dos leyes:
a) La ley de Rayleigh-Jeans, que indica que la intensidad de la radiación...