Efectofotoelectrico

EFECTO FOTOELECTRICO

Introducción
Ciertos lugares cuentan con un sistema mediante el cual las puertas se abren o cierran automáticamente.

También, hemos notado que los postes de alumbrado público se enciende y apagan automáticamente a determinadas horas.

¿Cómo ocurren estos fenómenos? ¡Para poder explicar estos fenómenos y otros más, estudiaremos el Efecto Fotoeléctrico!Antecedentes históricos
♦ Descubrimiento del Efecto Fotoeléctrico
El primer indicio del efecto fotoeléctrico fue descubierto accidentalmente en 1887 por el científico alemán Heinrich Hertz, mientras realizaba experimentos acerca de la producción y recepción de ondas electromagnéticas.

Heinrich Rudolf Hertz 1857 - 1894

♦ Teoría cuántica
En 1900, el físico teórico alemán Max Planck postuló que “laenergía de la radiación electromagnética está cuantizada”; es decir, la radiación electromagnética esta constituida por corpúsculos que llevan la energía de la radiación. A estos corpúsculos se les denominó cuantos y posteriormente se les llamó fotones.

Max Planck 1858 - 1947

Según Planck, la energía ( E ) de cada fotón es proporcional a la frecuencia ( f ) de la radiación electromagnética.En base a ello se establece que:

Fuente de luz

E = hf
Donde E h : : Energía asociada al fotón …(J) Constante de Planck ( h=6,625×10-34 Js ) Frecuencia de la radiación electromagnética …(Hz) También:
Fotón o paquete de energía

¡Además, cada fotón, en el vacío, se propaga con una rapidez igual al de la luz en el vacío: C = 3×108 m/s!

f

:

C=λf
Longitud de onda de la radiaciónelectromagnética

¿Qué es el Efecto Fotoeléctrico?
Es un fenómeno que consiste en el desprendimiento (emisión) de electrones de la superficie de un metal, debido a un haz de luz (radiación electromagnética) de alta frecuencia que incide sobre esta superficie.

Intento de explicación del Efecto Fotoeléctrico en base a la física clásica
La mecánica clásica considera a la luz (radiaciónelectromagnética) como ondas electromagnéticas. I. Los campos eléctricos oscilantes de la O.E.M., ejercen una fuerza eléctrica al electrón el cual empieza a oscilar hasta ganar energía suficiente para desprenderse del átomo. Todo ello ocurriría transcurrido un intervalo de tiempo considerable, lo cual NO ocurre en la experiencia. II. Si aumentamos el número de fuentes de radiación infrarroja, el electrónexperimenta un mayor fuerza eléctrica y en algún momento tendría que desprenderse del átomo, pero en la práctica esto NO ocurría. ¡Por lo tanto la mecánica clásica no podía explicar el efecto fotoeléctrico!

Explicación del Efecto Fotoeléctrico en base a la teoría cuántica
En el año 1905 el físico alemán Albert Einstein utiliza la teoría propuesta por Max Planck (la cual postulaba que laenergía de la radiación electromagnética está cuantizada) para explicar el Efecto Fotoeléctrico. Einstein propuso que la luz (radiación electromagnética) transporta la energía en paquetes (corpúsculos de energía) denominados fotones, los cuales viajan a la rapidez de la luz: C = 3×108 m/s. ¡Albert Einstein obtuvo el premio Nobel de Física en 1921 por su explicación del Efecto Fotoeléctrico! AlbertEinstein (1879 - 1955)

En base a la teoría cuántica podemos plantear lo siguiente:
El electrón absorbe SÓLO un fotón y esta energía es empleada para poder vencer la atracción del núcleo y la de los otros átomos (para lograr escapar del material) y la parte restante le permite adquirir cierta rapidez (energía cinética).

Del principio de la conservación de la energía:

Efotón = φo + ECmáxEcuación de Einstein

Donde: Efotón :
φo :

Energía del fotón incidente

…(J)

Función trabajo o Energía umbral. Es la energía necesaria (mínima) para que el electrón pueda escapar del material …(J) En algunos casos la φo se expresa en electrón-voltio (eV) Equivalencia: 1 eV =1,6×10-19 J Energía cinética máxima del fotoelectrón. La ecuación (I) se utiliza para los primeros electrones que...