El efecto fotoeléctrico.

los efecto fotoeléctrico Planteó un desafío significativo para el estudio de la óptica en la última parte del siglo XIX. Desafió a la teoría de la onda clásica de luz, que era la teoría predominante de la época. Fue la solución a este dilema de la física lo que catapultó a Einstein a la fama en la comunidad de la física, y finalmente le valió el Premio Nobel de 1921..

¿Qué es el efecto fotoeléctrico??

Annalen der Physik

Cuando una fuente de luz (o, más generalmente, radiación electromagnética) incide sobre una superficie metálica, la superficie puede emitir electrones. Los electrones emitidos de esta manera se llaman fotoelectrones (aunque todavía son solo electrones). Esto se representa en la imagen de la derecha..

Configuración del efecto fotoeléctrico

Al administrar un potencial de voltaje negativo (el recuadro negro en la imagen) al colector, los electrones necesitan más energía para completar el viaje e iniciar la corriente. El punto en el que los electrones no llegan al colector se llama potencial de frenado V_s, y se puede usar para determinar la energía cinética máxima K_max de los electrones (que tienen carga electrónica mi) utilizando la siguiente ecuación:

K_max = eV_s

La explicación clásica de la onda

Iwork función phiPhi

Tres predicciones principales provienen de esta explicación clásica:

1. La intensidad de la radiación debe tener una relación proporcional con la energía cinética máxima resultante..
2. El efecto fotoeléctrico debe producirse para cualquier luz, independientemente de la frecuencia o la longitud de onda..
3. Debería haber un retraso en el orden de segundos entre el contacto de la radiación con el metal y la liberación inicial de fotoelectrones..

El resultado experimental

1. La intensidad de la fuente de luz no tuvo efecto sobre la energía cinética máxima de los fotoelectrones..
2. Por debajo de cierta frecuencia, el efecto fotoeléctrico no se produce en absoluto..
3. No hay retraso significativo (menos de 10^{-9 9} s) entre la activación de la fuente de luz y la emisión de los primeros fotoelectrones.

Como puede ver, estos tres resultados son exactamente lo contrario de las predicciones de la teoría de ondas. No solo eso, sino que los tres son completamente contra-intuitivos. ¿Por qué la luz de baja frecuencia no dispararía el efecto fotoeléctrico, ya que todavía transporta energía? ¿Cómo se liberan los fotoelectrones tan rápido? Y, quizás lo más curioso, ¿por qué agregar más intensidad no resulta en más liberaciones energéticas de electrones? ¿Por qué la teoría de ondas falla tan completamente en este caso cuando funciona tan bien en tantas otras situaciones?

El maravilloso año de Einstein

Albert Einstein Annalen der Physik

Sobre la base de la teoría de la radiación del cuerpo negro de Max Planck, Einstein propuso que la energía de radiación no se distribuye continuamente sobre el frente de onda, sino que se localiza en pequeños paquetes (más tarde llamados fotones). La energía del fotón estaría asociada con su frecuencia (ν), a través de una constante de proporcionalidad conocida como constante de Planck (h), o alternativamente, usando la longitud de onda (λ) y la velocidad de la luz (C):

mi = hν = hc / / λ

o la ecuación de impulso: pag = h / / λ