EFECTO FOTOELECTRICO

EFECTO FOTOELÉCTRICO Y DETERMINACIÓN DE LA CONSTANTE DE PLANCK

Resumen
Presentaremos una breve revisión del trabajo realizado por Albert Einstein en 1905 acerca del efecto fotoeléctrico, el cual le otorgo posteriormente el premio Nobel en 1921. Se mencionará la dinámica implicada en el movimiento de los cuantos de energía por efecto de radiación y la independencia de la corriente generadacon respecto a la intensidad de la fuente lumínica. Además, se mostrará un método utilizado para la obtención de la constante de Planck y la función de trabajo del material empleado.
Palabras clave: fotoeléctrico, corriente, voltaje de frenado, función de trabajo


1. Introducción
El efecto fotoeléctrico se presenta cuando una luz con cierta frecuencia incide sobre una superficie metálica,generando un desprendimiento de cuantos de energía (fotones) de la capa más externa debido a la energización de estos. Los fotones viajan desde el cátodo irradiado hasta el ánodo, donde se puede medir la corriente generada. Al aplicarse una diferencia de potencial en sentido contrario a la dirección de la corriente, de tal manera que el cátodo quede cargado positivamente, la corriente disminuyesu valor; a este potencial se le conoce como de frenado, y está dado por:

Donde Vs es el potencial de frenado; e la carga del electrón; la frecuencia de la luz incidente; Ø la función de trabajo de la superficie metálica; y h la constante de Planck. Como fuente radiación, en la práctica de laboratorio se utilizaron diodos de chorro de diferentes longitudes de onda; la corriente fue leída en elamplificador y el voltaje de frenado en el multímetro, aumentando gradualmente el potencial hasta tener un valor de corriente igual a cero. Los datos fueron posteriormente graficados a fin de determinar la pendiente, que en la ecuación (1) corresponde a la constante de Planck.

2. Marco teórico y parte experimental
En 1887, Heinrich Hertz el descubridor experimental de las ondaselectromagnéticas, notó que su detector, consistente en una espira abierta que emitía una chispa cuando recibía las ondas, chispeaba más intensamente cuando le llegaba luz UV. Posteriormente, en 1902, Philipp von Lenard explica fenomenológicamente el fenómeno descrito y descubrió que la energía de salida de los electrones era independiente de la intensidad de la luz de la fuente, pero sí de su longitud de onda[1].
Posteriormente Albert Einstein, en 1905, basado en la hipótesis de Max Planck acerca de que la energía en los cuerpos radiantes esta cuantizada, postuló que la luz no interactuaba con la materia en forma de un flujo continuo sino en “cuantos” de energía y momentum (hoy llamados “fotones”), el tamaño de los cuales sería proporcional a la frecuencia de la onda electromagnética [1]. Luego, aplicóla ley de conservación de la energía para describir la cinética del movimiento de las partículas cargadas, obteniendo:

La energía cinética máxima de un fotón es igual al cuanto de energía absorbida (), reducida por una cantidad llamada la función de trabajo de la superficie metálica, que es la energía de oposición del movimiento. Si la frecuencia del cuanto de energía disminuye, alcanzandoun valor de , no se produzca efecto fotoeléctrico, lo que está dado por la ecuación:
(3)
Para comprobar experimentalmente la teoría de Einstein, Robert Andrews Millikan en 1916 y usando fotoceldas de vacío, midió exitosamente tanto la frecuencia de la luz como la energía de los electrones emitidos, y obtuvo un valor de la constante de Planck (h) en buen acuerdo con el obtenido enexperimentos de radiación de cuerpo negro [2]. Si en el experimento se aplica una diferencia de potencial externa en sentido opuesto entre el fotocátodo emisor y el colector, la corriente leída se reduce proporcionalmente; a este valor se le conoce como potencial de frenado. La constante de Planck se determina haciendo mediciones de las variaciones de corriente, con respecto al valor del potencial de...