¿Qué es el Efecto Fotoeléctrico?

El efecto fotoeléctrico consiste en la emisión de electrones por un material cuando se ilumina con radiación electromagnética. Fue descubierto y descrito por Heinrich Hertz en 1887. Albert Einstein utilizó la teoría cuántica para resolver este misterio de la física.

Los Elementos del Experimento

SUPERFICIE METÁLICA

ELECTRODO POSITIVO SUPERFICIE METÁLICA

FUENTE LUMINOSA ELECTRODO POSITIVO SUPERFICIE METÁLICA

VACIO FUENTE LUMINOSA ELECTRODO POSITIVO SUPERFICIE METÁLICA

VACIO FUENTE LUMINOSA ELECTRODO POSITIVO SUPERFICIE METÁLICA FUENTE DE VOLTAJE

VACIO FUENTE LUMINOSA ELECTRODO POSITIVO ánodo SUPERFICIE METÁLICA Cátodo Amperímetro FUENTE DE VOLTAJE

VACIO FUENTE LUMINOSA ELECTRODO POSITIVO SUPERFICIE METÁLICA DETECTOR FUENTE DE VOLTAJE

VACIO FUENTE LUMINOSA ELECTRODO POSITIVO SUPERFICIE METÁLICA Si se hace incidir luz de al menos una frecuencia determinada a la superficie metálica (frecuencia característica) DETECTOR FUENTE DE VOLTAJE

VACIO FUENTE LUMINOSA ELECTRODO POSITIVO SUPERFICIE METÁLICA DETECTOR FUENTE DE VOLTAJE

VACIO FUENTE LUMINOSA ELECTRODO POSITIVO SUPERFICIE METÁLICA La superficie metálica emite electrones DETECTOR FUENTE DE VOLTAJE

VACIO FUENTE LUMINOSA ELECTRODO POSITIVO SUPERFICIE METÁLICA Mientras mas intensa es la luz, mas electrones emite DETECTOR FUENTE DE VOLTAJE

VACIO FUENTE LUMINOSA ELECTRODO POSITIVO SUPERFICIE METÁLICA DETECTOR FUENTE DE VOLTAJE

Explicación de la Figura Dos electrodos de metal se sellan al vacío en un tubo de cuarzo. Uno de los electrodos se recubre con el metal zinc. Se establece una diferencia en potencial a través de los electrodos por medio de una fuente de voltaje. Se incluye una resistencia variable en el circuito para poder variar la diferencia en potencial. Se utiliza un amperímetro para detectar y medir la cantidad de corriente en el circuito.

En ausencia de la luz, la corriente no fluye en el circuito. Sin embargo, cuando la luz de cierta frecuencia incide en el electrodo de zinc, la corriente fluye en el circuito. La luz arranca electrones de la placa de zinc. Estos electrones viajan hacia la placa positiva y se completa el circuito. Los electrones arrancados de la placa de metal se llaman fotoelectrones y son iguales que otros electrones.

Pero... ¿Qué pasa si el valor de la frecuencia de la luz es menor que la frecuencia característica? Y ¿Qué pasa si repetimos el experimento, pero aumentamos la intensidad de la luz (con el mismo valor de frecuencia de la pregunta 1)?

VACIO FUENTE LUMINOSA ELECTRODO POSITIVO SUPERFICIE METÁLICA Si disminuimos el valor de la frecuencia determinada de la luz DETECTOR FUENTE DE VOLTAJE

VACIO FUENTE LUMINOSA ELECTRODO POSITIVO SUPERFICIE METÁLICA La superficie metálica NO emite electrones DETECTOR FUENTE DE VOLTAJE

VACIO FUENTE LUMINOSA ELECTRODO POSITIVO SUPERFICIE METÁLICA Si aumentamos la intensidad de la luz, con el mismo valor de la frecuencia anterior DETECTOR FUENTE DE VOLTAJE

VACIO FUENTE LUMINOSA ELECTRODO POSITIVO SUPERFICIE METÁLICA La superficie metálica NO emite electrones DETECTOR FUENTE DE VOLTAJE

¿Por qué?

Einstein pensó que cada paquete de energía se comporta como una partícula de luz pequeña a la que llamó fotón. El dedujo que cada fotón debía tener una energía proporcional a la frecuencia de la luz, donde: h= constante de Plank n = frecuencia Por lo tanto, la luz debe tener una frecuencia suficientemente alta para superar la fuerza que mantiene unidos a los electrones en el metal.

Si la frecuencia de los fotones es mayor que entonces los electrones no sólo serán emitidos, sino también adquieren una cierta cantidad de energía cinética, tal que, Donde K es la energía cinética del electrón emitido y  es la energía que mantiene unido al electrón en el metal. Por lo tanto, mientras más energético sea el fotón (con una mayor frecuencia), mayor será la energía cinética de los electrones emitidos.

Por otra parte, considere dos haces de luz que tienen la misma frecuencia pero difieren en intensidades. La frecuencia de ellos es mayor a la frecuencia característica. El rayo de luz más intenso tiene más fotones, por lo tanto, emite una mayor cantidad de electrones de la superficie metálica.

CONCLUSIONES Cuanto más intensa es la luz, mayor será el número de electrones emitidos por el metal de prueba. A mayor frecuencia de la luz, mayor será la energía cinética de los electrones emitidos de la superficie metálica.

La función trabajo para el tungsteno es 4,58 eV encontrar la frecuencia umbral y la longitud de onda para el efecto fotoeléctrico, encontrar la máxima energía cinética de los electrones si la longitud de onda de la luz incidente es 200 nm, reiterar para =250 nm.   Cuando la luz de longitud de onda 300 nm incide sobre un cátodo de potasio, la máxima energía de los electrones emitidos es 2,03 eV. ¿ Cuál es la energía del fotón incidente?, ¿Cuál es la función trabajo del potasio?, ¿Cuál será la energía cinética máxima de los electrones si la luz incidente tiene una longitud de onda de 430 nm?, ¿Cuál es la longitud de onda umbral para el efecto fotoeléctrico en una superficie de potasio?

La longitud de onda umbral en el efecto fotoeléctrico para la plata es 262 nm. Encontrar la función trabajo para la plata. Encontrar la máxima energía de los electrones si la radiación incidente tiene una longitud de onda de 175 nm.   La función trabajo del cesio es 1.9 eV. Encontrar la frecuencia umbral y la longitud de onda en el efecto fotoeléctrico. Encontrar la energía cinética máxima de los electrones si la longitud de onda de la luz incidente es: 250 nm, 350 nm.