Fisica Moderna

Efecto fotoeléctrico
Trabajo colaborativo 3


FISICA MODERNA _

INTRODUCCIÓN

Otro de los muchos fenómenos observados a finales del siglo XIX, y que pusieron de nuevo a prueba los pilares de básicos de la física clásica fue el llamado efecto fotoeléctrico, que consistía en la emisión de electrones de un metal, cuando este era iluminado con radiación electromagnética. Pues bien, de laobservación experimental de dicho fenómeno se pueden obtener las siguientes leyes que rigen dicho proceso: • • • • El número de electrones emitidos es proporcional a la intensidad de la radiación incidente. Para cada metal existe un cierto valor de frecuencia umbral, por debajo de la cual no se produce emisión de electrones. La energía cinética máxima de los electrones depende de la frecuencia decinética la radiación incidente y no de la intensidad. El efecto electromagnético es un proceso que se puede considerar instantáneo.

Estas leyes que rigen este fenómeno no podían ser explicadas a partir de argumentos puramente clásicos, en los que la luz era considerada como una onda umentos electromagnética. Según estos principios clásicos, el efecto electromagnético se debía de producir cuandouna onda electromagnética incide sobre los electrones, de tal manera que cuando éstos entran en resonancia adquieren energía uando suficiente como para poder abandonar el metal. Pues bien, según estos criterios clásicos, la energía de estos electrones tenía que ser proporcional a la intensidad de la radiación incidente y además al est la estar energía de la radiación repartida por todo el frente deondas, el electrón tardaría un cierto tiempo en adquirir la energía suficiente para poder abandonar el metal, resultados que lógicamente estaban en contra de que mostraba la experiencia. El efecto fotoeléctrico fue descubierto por Heinrich, en 1887, al observar que to ciertos metales, bajo la acción de la luz, emiten cargas negativas. Más adelante se pudo comprobar que eran electrones y que laemisión se debía principalmente a la radiación ultravioleta. Los metales alcalinos son una excepción pues son capaces eta. de emitir electrones al incidir ellos la luz visible. En el efecto fotoeléctrico tiene lugar una conversión de la energía luminosa en eléctrica. En este efecto se puede poner de manifiesto en forma sencilla: la luz de forma un arco eléctrico se enfoca con un lente de cuarzo sobreuna placa recién pulimentada de zinc metálico, la cual está unida a un electroscopio. Si el

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electroscopio está cargado negativamente, al incidir la luz sobre la placa de zinc las laminas del electroscopio desciende. En principio, todos los electrones son susceptibles de ser emitidos por efecto fotoeléctrico. En realidad losque más salen son los que necesitan menos energía para salir y, de ellos, los más numerosos. En un aislante (dieléctrico), los electrones más energéticos se encuentran en la dieléctrico), banda de valencia. En un metal, los electrones más energéticos están en la banda n de conducción. En un semiconductor de tipo N, son los electrones de la banda de conducción que son los más energéticos. En unsemiconductor de tipo P también, pero hay muy pocos en la banda de conducción. Así que en ese tipo de semiconductor hay que ir a buscar los electrones de la banda de valencia. A la temperatura ambiente, los electrones más energéticos se encuentran cerca energéticos del nivel de Fermi (salvo en los semiconductores intrínsecos en los cuales no hay electrones cerca del nivel de Fermi). La energía quehay que dar a un electrón para llevarlo desde el nivel de Fermi hasta el exterior del material se llama función trabajo, y la frecuencia mínima , necesaria para que un electrón escape del metal recibe el nombre de frecuencia ra umbral. El valor de esa energía es muy variable y depende del material, estado cristalino y, sobre todo de las últimas capas atómicas que recubren la superficie del...