Física

Efecto fotoeléctrico


El efecto fotoeléctrico es un buen ejemplo de la incompatibilidad de los resultados experimentales con la teoría electromagnética propuesta por Maxwell.

Brevemente, es el fenómeno en el que los electrones se emiten desde una superficie metálica cuando se exponen a radiación electromagnética.

Heinrich Hertz fue uno de los primeros científicos en observar este fenómeno. Utilizó un dispositivo de chispas que consta de dos circuitos: uno para generar ondas y otro para detectarlos, separados por una cierta distancia. Básicamente era un equipo con dos placas de metal conectadas a diferentes potenciales, donde ocurrían descargas eléctricas.

Hertz descubrió accidentalmente que las chispas en la placa del generador producían chispas en la placa receptora. Después de más intentos, concluyó que la luz era capaz de generar chispas y que el fenómeno solo se observaba con luz ultravioleta.

El experimento de Hertz confirmó la existencia de ondas electromagnéticas y la teoría de la propagación de la luz de Maxwell, ya que el científico pudo producir ondas electromagnéticas, ahora conocidas como microondas. La novedad fue el efecto de la luz ultravioleta en la descarga eléctrica, ya que este hecho aún no tenía explicación.

En 1889, Wilhelm Hallwachs demostró que, cuando se ilumina con radiación ultravioleta, las superficies metálicas como el zinc, el potasio y el sodio expulsan partículas cargadas negativamente. En ese momento, la existencia del electrón, que no se descubrió hasta 1897, aún se desconocía.

Philipp von Lenard, al igual que Thomson, también midió la relación carga / masa de las partículas expulsadas y dedujo que el aumento de las chispas que Hertz había observado era el resultado de la emisión de electrones, que él nombró. fotoelectrones.

La siguiente figura muestra la ilustración de un dispositivo que nos permite observar el efecto fotoeléctrico:

En el aparato experimental anterior, cierta luz a menudo f Ilumina una superficie metálica dentro de un tubo mantenido al vacío, y los electrones se emiten desde esa superficie. Las dos placas se mantienen a una diferencia potencial. V. Si los electrones emitidos tienen suficiente energía para alcanzar el colector, serán capturados, y esto se observará como una corriente eléctrica. yoque se registra en el amperímetro Un. La frecuencia f, la intensidad Yo de luz, la diferencia potencial V y el material del remitente puede variar.

Los resultados experimentales obtenidos en este experimento se enumeran a continuación:

  • La corriente eléctrica medida en el amperímetro aparece casi instantáneamente en el proceso de iluminación de la superficie emisora, incluso si la luz incidente tiene baja intensidad. El retraso entre el tiempo de iluminación y la aparición de la corriente eléctrica es del orden de 10-9 sy es independiente de la intensidad de la luz incidente.
  • Si fijamos la frecuencia y ddp, la corriente eléctrica será directamente proporcional a la intensidad de la luz incidente.
  • Si arreglamos la frecuencia e intensidad de la luz incidente, la corriente disminuirá a medida que aumente el ddp. La corriente eléctrica deja de tener un cierto valor de V, llamado potencial de frenado eléctrico o potencial de corte eléctrico, V0, que es independiente de la intensidad de la luz incidente.
  • Para cierto material emisor, el potencial de frenado varía linealmente con la frecuencia de acuerdo con la ecuación:

    Donde w0es una constante llamada función de trabajopor lo tanto, es una función del material. Recordando eso h es la constante de Planck, cuyo valor es h = 6.63x10-34 Js y y es la carga de electrones (e = 1.6x10-19 C)

  • Para cada material hay un frecuencia de corte o umbral de frecuenciadebajo de los cuales no se emiten electrones, independientemente de la intensidad de la luz incidente.