Efecto+Fotoeléctrico

=Efecto Fotoeléctrico=

A finales del siglo XIX una serie de experimentos pusieron de manifiesto que la superficie de un metal emite electrones cuando incide sobre él luz de frecuencia suficientemente elevada (UV). Este fenómeno se conoce como **efecto fotoeléctrico**.

El experimento empleado para medir esto se muestra en la Figura 1, el aparato consiste en un tubo de vacío contiene dos electrodos conectados a un circuito externo, con la lámina metálica cuya superficie va a ser irradiada como el ánodo. Algunos de los fotoelectrones que emergen de la superficie irradiada tienen energía suficiente para alcanzar el cátodo, a pesar de su polaridad negativa, y constituyen la corriente que se mide en el amperímetro del circuito. A medida que aumenta el potencial de frenado V, menos electrones llegan al cátodo y la corriente disminuye.



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Uno de los aspectos particulares del efecto fotoeléctrico que mayor confusión planteó a sus descubridores fue el que la distribución de la energía en los electrones emitidos (fotoelectrones) es independiente de la intensidad de la luz (Figura 2). Y que no hay retraso de tiempo entre la llegada de la luz a la superficie metálica y la emisión de los fotoelectrones. Estas observaciones no se pueden comprender partiendo de la teoría electromagnética de la luz.

Igualmente extraño desde el punto de vista de la teoría ondulatoria, es el hecho que la energía del fotoelectrón dependa de la frecuencia de la luz empleada (Figura 3). A frecuencias por debajo de cierta frecuencia critica característica de cada metal particular, no se emite ningún electrón (Figura 4).



Para poder explicar este fenómeno necesitamos analizarlo desde la perspectiva del concepto de cuanto introducido por Max Planck.

Planck intentó explicar las características de la radiación que emiten los cuerpos a temperaturas suficientemente elevadas como para ser luminosos, obteniendo una fórmula del espectro de esta radiación en función de la temperatura del cuerpo, que concordaba con los datos experimentales. Supuso que la radiación se emitía discontinuamente como pequeños paquetes de energía, que reciben el nombre de cuantos. Planck descubrió que todos los cuantos asociados a una frecuencia determinada (ʋ ) de la luz, tiene la misma energía (E) que está directamente proporcional a la frecuencia. math E= h \nu math donde h se conoce como la constante de Planck y tiene el valor de: math h=6.626 \times 10 ^{-34} Js math

Planck supuso que la energía electromagnética que produce un objeto caliente emerge de él en forma intermitente, pero no dudó de que su propagación a través del espacio fuese continua en forma de ondas electromagnéticas.

En 1905, Einstein propuso que la luz no solamente se emitía en forma de cuantos, sino que también se propagaba como cuantos individuales. De acuerdo con esta hipótesis, el efecto fotoeléctrico puede ser explicado con la siguiente fórmula: math h \nu = T_{max} + h \nu_o math Interpretandose de la siguiente forma: Los cuantos de energía deben ser iguales a la suma de la energía máxima del fotoelectrón y la energía necesaria para desalojar un electrón de la superficie.

Debe requerirse un mínimo de energía para que los electrones puedan escapar de la superficie metálica, pues de otro modo los electrones abandonarían la misma aun en ausencia de luz. La energía hʋ o, característica de cada superficie determinada, se conoce con el nombre de la función de trabajo (Figura 5).



Es fácil observar por que no todos los fotoelectrones tienen la misma energía, sino que emergen con todas las energías hasta el valor de T max : hʋ o es el trabajo que se debe realizar para arrancar un electrón que se encuentra justamente debajo de la superficie metálica; si el electrón se encuentra a mayor profundidad en el metal, será necesario realizar un trabajo mayor.

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En cada caso particular, la luz muestra una naturaleza ya sea __**ondulatoria o corpuscular**__, pero nunca ambas a la vez. Las **teorías cuánticas y ondulatorias de la luz** se complementan mutuamente. Las ondas electromagnéticas explican lo observado al propagarse la luz, mientras que los fotones explican la observación según la cual hay transferencia de energía entre la luz y la materia.

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Efecto Compton