Apuntes sobre el efecto fotoeléctrico, Apuntes de Física

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EFECTO FOTOELÉCTRICO

Introducción

• Desde hace mucho tiempo los

científicos han estado interesados por

la naturaleza y el comportamiento de la

luz.

• Es importante comprender la naturaleza

de la luz porque es uno de los

ingredientes fundamentales de la vida

en la tierra.

• La naturaleza y propiedades de la luz, fue tema de gran interés y especulación desde la antigüedad.
• Los griegos pensaban que la luz estaba compuesta por diminutas partículas (corpúsculos) emitidas por una fuente luminosa y que al incidir sobre el ojo del observador estimulaban la percepción de la visión.
• Newton empleó esta teoría corpuscular para explicar la reflexión y la refracción de la luz.

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• Uno de los contemporáneos de Newton, el científico holandés Christian Huygens, ( 1670 ) pudo explicar muchas propiedades de la luz incluyendo la reflexión y la refracción a partir de su proposición de que la luz está conformada por ondas.
• En 1801 , Thomas Young demostró que los haces luminosos pueden interferir entre sí, lo que dió un fuerte apoyo a la teoría ondulatoria de la luz.
• En el 1965 Maxwell desarrolló una teoría impresionante en la que demostró que la luz estaba conformada por ondas electromagnéticas y que viajaban a la rapidez de la luz. (c = 3 x 10 8 m / s

¿Cómo puede la luz viajar en el vacío si no hay un medio que vibre a su paso? Figura A

Por medio de la oscilación

(vibración) de su campo

eléctrico y su campo magnético.

La Teoría Cuántica

• La teoría cuántica intenta desarrollar un modelo dual que reconcilie la naturaleza dual de la luz (onda- partícula).
• Recuerde que la luz es un conjunto de ondas electromagnéticas con diferentes longitudes de onda que viajan en el vacío a c (c = 3 x 10 8 m / s ).
• La luz se emite en pequeños y discretos paquetes de energía llamadas cuantos o fotones.
• El efecto fotoeléctrico es la emisión de electrones desde una placa de metal expuesta a ciertas frecuencias de luz.

Explicación de la Figura B.

• 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.

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• Si pensamos en la luz como una corriente de fotones, la frecuencia umbral (f o ) cobra sentido. Entonces los fotones con frecuencias bajo f o no tienen suficiente energía para arrancar electrones del metal.
• Cuando la luz a una frecuencia mayor que f o incide sobre la placa de zinc, arranca los electrones del metal, estos a su vez cruzan el tubo vacío con un aumento en energía cinética.
• Los electrones que se liberan de la superficie del metal tienen energía cinética mayor que los electrones que se liberan bajo la superficie de este.

• La energía cinética máxima de los electrones que se liberan de la superficie del metal puede ser medida.
• Para hacer esto, se establece una diferencia en potencial a través del tubo.
• Esto es, la placa de zinc se hace levemente positiva y la segunda placa levemente negativa.
• Entonces el voltaje tiende a evitar que los electrones escapen de la placa de zinc.

• W = E kmax = Vo e Vo = J / C entonces Vo e = J / ¢ ¢ = J e = c

• De esta ecuación Vo es el potencial de frenado en voltios ( J / C ) y e es la carga del electrón ( 1. 66 x 10 - 19 c).
• El trabajo que se hace sobre los electrones con energía cinética máxima es a expensa de los fotones que inciden sobre el metal.
• La suma del trabajo que se hace para parar los electrones y el trabajo para liberar los electrones de la superficie del metal (función del trabajo) representa la energía del fotón que incide sobre el metal.