Efecto fotoeléctrico

Mecanismo

No todas las ondas electromagnéticas provocan el efecto fotoeléctrico, sólo las radiaciones de una determinada frecuencia o superior provocan el efecto. La frecuencia mínima necesaria se denomina "frecuencia de corte" o "frecuencia umbral". La frecuencia de corte se utiliza para encontrar la función de trabajo, w que es la cantidad de energía que mantiene el electrón en la superficie del metal. La función de trabajo es una propiedad del metal y no se ve afectada por la radiación entrante. Si una frecuencia de luz incide en la superficie del metal que es mayor que la frecuencia de corte, entonces el electrón emitido tendrá algo de energía cinética.

La energía de un fotón que causa el efecto fotoeléctrico se encuentra a través de E = h f = K E + w {\displaystyle E=hf=KE+w}, donde h {\displaystyle h} es la constante de Planck, 6,626×10 J-s, f {\displaystyle f} es la frecuencia de la onda electromagnética, K E {\displaystyle f} es la frecuencia de la onda. donde h {\displaystyle h} es la constante de Planck, 6,626×10 ⁻³⁴J-s, f {\displaystyle f} es la frecuencia de la onda electromagnética, K E {\displaystyle KE} es la energía cinética del fotoelectrón y w {\displaystyle w} es la función de trabajo para el metal. Si el fotón tiene mucha energía, puede tener lugar la dispersión Compton (~ miles de eV) o la producción de pares (~ millones de eV).

La intensidad de la luz por sí sola no provoca la expulsión de electrones. Sólo la luz de la frecuencia de corte o superior puede hacerlo. Sin embargo, el aumento de la intensidad de la luz aumentará el número de electrones emitidos, siempre que la frecuencia esté por encima de la frecuencia de corte.

Historia

Heinrich Hertz realizó la primera observación del efecto fotoeléctrico en 1887. Informó de que una chispa saltaba más fácilmente entre dos esferas cargadas si les daba la luz. Se realizaron más estudios para conocer el efecto observado por Hertz. En 1902, Philipp Lenard demostró que la energía cinética de un fotoelectrón no depende de la intensidad de la luz. Sin embargo, no fue hasta 1905 cuando Einstein propuso una teoría que explicaba plenamente el efecto. La teoría dice que la radiación electromagnética es una serie de partículas, llamadas fotones. Los fotones chocan con los electrones de la superficie y los emiten. Esta teoría iba en contra de la creencia de que la radiación electromagnética era una onda. Por ello, al principio no se reconoció como correcta. En 1916, Robert Millikan publicó los resultados de los experimentos realizados con un fototubo al vacío. Su trabajo demostró que la ecuación fotoeléctrica de Einstein explicaba el comportamiento con gran precisión. Sin embargo, Millikan y otros científicos tardaron en aceptar la teoría de los cuantos de luz de Einstein. La teoría ondulatoria de la radiación electromagnética de Maxwell no puede explicar el efecto fotoeléctrico ni la radiación del cuerpo negro. Éstos se explican mediante la mecánica cuántica.