EFECTO FOTOEL CTRICO

EFECTO FOTOELÉCTRICO


En 1900 Max Planck, 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 dela radiación depende de la
longitud de onda como λ-4, o sea los cuerpos negros deberían radiar una cantidad infinita de
energía en λ cortas (a este fenómeno se le conoce como catástrofe ultravioleta)
b) La ley de Wein que formula que la posición de los máximos del espectro de radiación se desplazan en relación inversa con la temperatura.
Planck consiguió ajustar perfectamente los datosexperimentales introduciendo la siguiente hipótesis: “LA ENERGÍA RADIANTE NO SE EMITE Y ABSORBE DE FORMA
CONTINUA SINO EN PEQUEÑOS PAQUETES DISCRETOS, O CUANTOS”. Además
dedujo que la energía de un cuanto debía ser proporcional a la frecuencia de radiación: E= hν, donde h, la constante de proporcionalidad, es llamada constante de Planck (h = 6.626x10-34 J s = 4.136 10-15 eV s). En las mismas fechas lostrabajos de gran número de físicos, entre los que merecen destacarse Hertz, Hallwachs, Stoletow y Lenard, demostraron la existencia del llamado efecto fotoeléctrico:
CUANDO SE ILUMINA UNA PLACA METÁLICA CON RADIACIÓN ELECTROMAGNÉTICA, EL METAL EMITE ELECTRONES. Con estos mismos trabajos quedaron establecidas de forma empírica las características fundamentales para este efecto:
i) El número deelectrones emitidos es proporcional a la intensidad de la radiación incidente.
ii) Para cada metal existe una frecuencia umbral ν0 tal que para la radiación de frecuencia
menor (ν < ν0) no se emiten electrones.
iii) La energía cinética máxima de los electrones emitidos es proporcional a (ν - ν0) y es
independiente de la intensidad de la radiación incidente.
iv) La emisión de electrones es prácticamenteinstantánea, es decir aparece y desaparece con la radiación electromagnética, sin retraso detectable.
Las características ii) y iii) son irreconciliables con la teoría ondulatoria de la luz y planteaban un reto para la Física de su tiempo. Einstein, en 1905, utilizó la idea de Planck de la cuantización para explicar las características del efecto fotoeléctrico (por esta explicación recibió el premioNobel el año 1921) y concluyó que la radiación de frecuencia ν (monocromática) se comporta como si constara de un número finito.


1 De cuantos de energía, localizados e independientes, cada uno de ellos con energía E = hν. En la nomenclatura actual, introducida por Lewis, estos cuantos reciben el nombre de FOTONES. Con este resultado, la interpretación del efecto fotoeléctrico es inmediata. Laluz de frecuencia ν está formada por fotones de energía hν. Los electrones se encuentran ligados en el metal ocupando distintos niveles de energía. φ0 (>0) es la energía de ligadura de los electrones menos ligados que, evidentemente, dependerá del metal que se considere (se acostumbra a llamar función de trabajo del metal y es del orden de magnitud de unos pocos electronvoltios). Un fotón queincide sobre el metal pude ser absorbido por uno de los electrones (uno solo, y absorción total, si se acepta el carácter indivisible del fotón). La energía del fotón se utiliza en parte para liberar al electrón de su ligadura al metal y en parte para suministrarle energía cinética. Por tanto la energía cinética máxima de los electrones emitidos es:

Ecmax = Efotón- φ0 = hν - φ0
(1) Y dado queECmax>0, existe evidentemente una frecuencia umbral dada por: hν0= φ0 (con energía menor no es posible arrancar ningún electrón). Millikan fue el primero en confirmar plenamente el brillante resultado de Einstein al medir directamente la constante de Planck mediante experimentos sobre el efecto fotoeléctrico, y hallar un valor para h coincidente con el obtenido del análisis de la radiación del cuerpo...