Foros Ciencias Galilei

Saludos amigos del Foro de Ciencias Galilei, les escribe Mario Rodríguez, en esta ocasión quisiera formularles algunas preguntas sobre Física Moderna, específicamente acerca del Efecto Fotoeléctrico, tengo entendido que el efecto fotoeléctrico consiste en la emisión de electrones de un metal al incidir sobre éste una radiación electromagnética de determinada frecuencia pero hay ciertas cuestiones que no lo tengo muy claro.
Mis dudas son las siguientes: ¿Por qué para una frecuencia o color fijo de la radiación incidente sin importar la intensidad o brillo de la radiación la máxima energía cinética del eléctron es la misma pero el número de electrones emitidos si aumenta con la intensidad? ¿Por qué si la frecuencia de la radiación es demasiado baja no se desprenden electrones sin importar que intensidad tenga la luz incidente?

Sin más que decirles me despido, agradeciéndoles de antemano su ayuda.

                                                                                Atentamente: Mario Rodríguez

Hay tres características del efecto fotoeléctrico que no se podían explicar mediante la teoría ondulatoria de la luz:

  1. La teoría ondulatoria requiere que la energía cinética de los fotoelectrones aumente conforme el rayo de luz se haga más intenso. Como hemos dicho esto no ocurre ya que Ec(máx) (=e·Vf ) es independiente de la intensidad de la iluminación.

  2. De acuerdo con la teoría ondulatoria, el efecto fotoeléctrico debería ocurrir para cualquier frecuencia de la luz, con la única condición de que la luz sea suficientemente intensa. Pero la figura inferior derecha pone de manifiesto que hay una frecuencia (llamada umbral) por debajo de la cual no ocurre el efecto en cuestión.

  3. Si la luz fuese suficientemente débil deberíamos esperar un retardo en el tiempo de emisión (incluso para frecuencias altas de ésta). El efecto fotoeléctrico ocurre instantáneamente. No hay retardo, independientemente de la intensidad lumínica.




 Einstein logró explicar el efecto fotoeléctrico haciendo una hipótesis notable, a saber, que la energía de un haz de luz avanzaba por el espacio en haces concentrados, llamados fotones. La energía E de un sólo fotón se expresa mediante la fórmula E = hf  .Recordemos que Plank creía que la luz, aun cuando emitida por su fuente en forma discontinua, avanzaba por el espacio en forma de ondas electromagnéticas. La hipótesis de Einstein suguiere que la luz, al avanzar por el espacio no se comportaba como onda sino como partícula. Aplicando un simple principio de conservación de energía a los fotoelectrones dedujo que:    hf  = Wo + Ec(máx). Es decir, la energía de los fotones (hf) se utiliza para escapar del metal (trabajo de extracción, Wo) y lo que le sobra es energía cinética. Esto explica todas las contradicciones que había entre este fenómeno y la física clásica, a saber:

  1. En lo referente al punto 1 ( el hecho de que Ec(máx) no dependa de la intensidad de la luz) , hay una concordancia completa entre la teoría de fotón y la experiencia. El duplicar la intensidad luminosa simplemente duplica el número de fotones, y en esta forma duplica la corriente fotoelectrónica; no cambia la energía (h·f) de los fotones individuales.

  2. En la objeción 2 ( la existencia de frecuencia de corte) se deduce de la ecuacion (hf = Wo + Ec(máx)) que si Ec(máx) es cero entonces hfo = Wo. Esto establece que el fotón tiene apenas enegía para saltar del metal y no le queda energía cinética. Por debajo de una cierta frecuencia (fo) el electrón no tiene suficiente energía para ser arrancado del metal.

  3. La objeción 3 (no hay tiempo de retardo) se deduce de la teoría fotónica, porque la energía requerida es porporcionada en un haz concentrado. No se distribuye uniformemente en una área extensa, como en el caso de la teoría ondulatoria.