miércoles, 7 de marzo de 2007

El efecto fotoeléctrico

Viene de: Física cuántica: ondas que son partículas


En 1905 Albert Einstein explicó el efecto fotoeléctrico, deduciendo de forma independiente a Planck que la radiación estaba compuesta por partículas, con una energía proporcional a su frecuencia, y contribuyendo así al establecimiento de la física cuántica. Por este desarrollo, Einstein recibió en 1928 el premio Nobel.

En el experimento, un haz de luz incide sobre un metal. La acción de la radiación es arrancar electrones de la placa, que con la aplicación de un campo eléctrico, se conducen hasta otra placa “colectora”, para registrar una corriente eléctrica en un amperímetro, una forma de cuantificar los electrones que son emitidos


Lo que se encontró experimentalmente fue que:

- Los electrones son emitidos cuando la frecuencia de la luz alcanza un valor mínimo. Por debajo de este valor umbral, no se emite ninguno, sin importar la intensidad de la luz.
- Si se aplica un voltaje de “frenado” V entre el colector y el emisor, los electrones pueden verse frenados por esta energía potencial. Al aumentar este voltaje, la intensidad disminuye, hasta llegar a un valor máximo por encima del cual ningún electrón llega al colector, y la intensidad se anula. Este valor máximo depende de la frecuencia, y es mayor, cuanto mayor es la frecuencia del radiación.

La explicación es sencilla si se considera a la luz como una partícula, un fotón. Tiene una energía determinada proporcional a su frecuencia. Ésta es absorbida por el electrón, que debe:
a) Primero salir del material. Esto le cuesta una energía, llamada función de trabajo.
b) Segundo, desplazarse. Con la energía sobrante tras gastar la necesaria para abandonar el material, el electrón se pone en movimiento con una energía cinética.


hν=Φ+Ec
Ec=hν-Φ


Dado un material, con una función de trabajo Φ un fotón debe al menos, proporcionar esa energía para arrancar el electrón. Si la energía del fotón es menor que la función de trabajo, el electrón no puede ser arrancado del material. Si la energía es mayor que ese valor, entonces la energía sobrante se transforma en energía cinética que mueve al electrón. En el caso límite en que toda la energía se emplea en superar la función de trabajo, pero no hay energía cinética para moverlo:


La frecuencia mínima para producir el efecto fotoeléctrico viene dada por Φ/h


Al aplicar el potencial eléctrico V de frenado, el electrón va perdiendo energía en su camino, de forma que sólo llegarán aquellos que recorran el trayecto más corto entre la placa emisora y el colector. Al aumentar el potencial de frenado, entonces se puede llegar al punto que ni siquiera éstos últimos sean capaces de llegar. El potencial entonces eliminando la energía del electrón en una cantidad igual a la energía cinética con que salió el electrón.


En el caso límite en que el voltaje frena todos los electrones, la energía cinética se iguala a la energía potencial creada por el voltaje de frenado, eV, siendo e la carga del electrón.

eV=Ec=hν-Φ



De esta forma quedan explicados los fenómenos observados con el efecto fotoeléctrico.

2 comentarios:

justJUANMA dijo...

esto me sirve para mi parcial de mañana! gracias! jejeje

Anónimo dijo...

es la mejor explicación que he encontrado de potencial de frenado, pero podría ser mejor con un ejemplo numérico