Junio 95-96, Opción B

¿En qué consiste el efecto fotoeléctrico?. ¿Es una reafirmación de la teoría corpuscular o de la teoría ondulatoria?.

1. El efecto fotoeléctrico consiste en la emisión de electrones desde una superficie metálica cuando es irradiada con una luz de determinada longitud de onda.

La figura representa una ampolla de vidrio en la que se le ha practicado el vacío. Mientras no se ilumine el electrodo negativo con luz ultravioleta, no se observa nada. En el momento en el que se ilumina el electrodo negativo con la luz indicada, se observa en el amperímetro el paso de corriente. Esto hecho se puede explicar partiendo de la base que la luz incidente es capaz de arrancar electrones de la superficie metálica. Estos electrones son acelerados por una diferencia de potencial de modo que se establece una corriente.

Para determinar la energía con la que salen los electrones basta con cambiar la polaridad de los electrodos y ajustar la tensión hasta que, para un valor determinado (V₀), la corriente cesa. Ese valor de potencial se conoce con el nombre de potencial de frenado. Así:

E_c (máxima de los electrones emitidos) = e · V₀

Al analizar los resultados obtenidos con distintos tipos de luz y con distintos metales se puede decir que:

Ø Sólo se produce emisión de electrones cuando la frecuencia de la luz que incide sobre la placa metálica tiene un valor superior a un valor mínimo que es característico de cada metal y se conoce como frecuencia umbral (f₀).

Ø Por debajo de esa frecuencia no tiene lugar la emisión de electrones.

Ø Por encima de ese valor de frecuencia, un aumento de intensidad de la luz incidente produce un incremento en el número de electrones emitidos, pero no se produce ningún aumento en la energía cinética máxima.

Ø El número de electrones emitidos es proporcional a la intensidad de la radiación luminosa.

Estos resultados no pueden explicarse desde la teoría clásica ya que la emisión debería producirse para cada frecuencia y la energía de los electrones emitidos debería depender de la intensidad de la luz.

 

2. La interpretación que hace Einstein del efecto fotoeléctrico es una reafirmación del modelo corpuscular de la propagación de la luz.

La energía luminosa de una radiación no se reparte de modo uniforme en todos los puntos del frente de ondas sino en forma de "paquetes de energía" que Einstein llama fotones.

Así, cuando una radiación luminosa incide sobre la superficie de un metal, los átomos de éste absorben la energía de los fotones. Si esta energía es suficiente para vencer la atracción electrostática que liga los electrones al metal, se producirá el efecto fotoeléctrico; de lo contrario, no se produce la emisión.

Como los átomos de los metales son diferentes, también lo es la energía necesaria para que se emitan los electrones.

Por lo tanto, para cada metal existirá un valor mínimo de energía que debe tener el fotón incidente para que se produzca la emisión de un electrón. Ese valor mínimo de energía se le conoce como trabajo de extracción del metal o energía umbral o función de trabajo.

Como la energía de un fotón depende de su frecuencia (h·f), a la frecuencia correspondiente a esa energía (o a ese trabajo de extracción) se le llama frecuencia umbral.

en la que h corresponde a la constante de Planck.

Si la energía del fotón incidente es mayor que la correspondiente al trabajo de extracción, los electrones se emiten con una energía cinética determinada.

La ecuación de Einstein para el efecto fotoeléctrico es:

E_fotón = W_extracción + E_{cinética de los fotoelectrones}

h · f = h · f₀ + ½ m v²