El Efecto Fotoeléctrico

Una placa de zinc recién pulida, cargada negativamente, pierde su carga si se la expone a la luz ultravioleta. Este fenómeno se llama efecto fotoeléctrico.

Investigaciones cuidadosas, hacia finales del siglo diecinueve, prueban que el efecto fotoeléctrico sucede también con otros materiales, pero sólo si la longitud de onda es suficientemente pequeña. El efecto fotoeléctrico se observa por debajo de algún umbral de longitud de onda que es específica del material. El hecho de que la luz de longitud de onda elevada no tuviera ningún efecto, incluso si es extremadamente intensa, aparecía como algo especialmente misterioso para los científicos.

Finalmente Albert Einstein dió la explicación en 1905: La luz está constituida por partículas (photones), y la energía de tales partículas es proporcional a la frecuencia de la luz. Existe una cierta cantidad mínima de energía (dependiendo del material) que es necesaria para extraer un electrón de la superficie de una placa de zinc u otro cuerpo sólido (función trabajo). Si la energía del fotón es mayor que este valor el electrón puede ser emitido. De esta explicación obtenemos la siguiente expresión:

Ecin   =   h f   −   W

Ecin ... energía cinética máxima de un electrón emitido
h ..... constante de Planck (6.626 x 10−34 Js)
f ..... frecuencia
W ..... función trabajo

Este applet Java simula un experimento para la determinación de la constante de Planck y la función trabajo: Una línea espectral se filtra proveniente de la luz de una lámpara de mercurio. Esta luz llega al cádodo (C) de una célula fotoeléctrica y provoca la emisión de electrones (o no). Para encontrar la energía cinética máxima de los electrones emitidos es necesario aumentar un voltaje de retardo por medio de un potenciómetro hasta que ningún electrón llegue al ánodo (A). El medidor azul indica la magnitud de este potencial de retardo. Se puede ver por el medidor rojo si los electrones alcanzan el ánodo.

El panel en el lado derecho permite variar el material del cátodo, la longitud de onda y el voltaje retardado. Los valores se refieren a la frecuencia de la luz y al balance energético del efecto fotoeléctrico. El resultado de las medidas se dibuja en un diagrama frecuencia voltaje en la parte inferior izquierda pero puede borrarse con el botón del panel.

La evaluación de las tres series de medidas por medio del diagrama da lugar a tres líneas paralelas. La constante de Planck (h) puede calcularse de las pendientes de estas líneas. Además se puede leer la función trabajo del material catódico (en eV, electrón Voltio) directamente de la intersección con el eje vertical.

 

 
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URL: http://www.walter-fendt.de/ph14s/photoeffect_s.htm
© Walter Fendt, 20 Febrero 2000
© Traducción: José M. Zamarro, 24 Noviembre 2001
Última modificación: 17 Marzo 2010