Cajón de Ciencias
Efecto fotoeléctrico
Se denomina efecto fotoeléctrico al proceso por el cual se liberan electrones de un material cuando incide sobre él una onda que posee una cantidad de energía determinada. Dicha cantidad dependerá del material del que estemos hablando, que obliga a la onda a tener una frecuencia mínima o umbral, representada como υ
0.
Es importante recordar que si la onda no llega a esa frecuencia necesaria, no se desprenderán ni más ni menos electrones, aunque υ tenga valores distintos. Se podría decir coloquialmente (¡no pongas esto en un examen!) que, a partir de υ
0, empezamos a hablar de si salen electrones o no.
Eso sí, una vez alcanzada υ
0, se liberarán electrones con más energía cuanta más frecuencia posea la onda, porque la energía “sobrante” se convierte en cinética.
El efecto fotoeléctrico se da sobre todo en metales, porque son los materiales que tienen electrones ligados con menos fuerza a sus respectivos núcleos. Recuerda (y si no, repásalo) que el enlace metálico tenía dos modelos teóricos para explicar las propiedades de los metales: el de la nube de electrones y el de bandas. Pero sea cual sea el que tomemos como “válido”, en ambos los electrones se mueven con mucha libertad, y es más probable que “salten” de sus orbitales y se desprendan del material.
Un poco de fórmulas
La expresión que representa el efecto fotoeléctrico es la siguiente:
hυ = hυ
0+ E
cDonde h es la constante de Planck (6.63 10 -34 J·s), υ la frecuencia de la onda incidente, υ
0la frecuencia umbral y E
cla energía cinética de los electrones desprendidos.
Para un material dado, hυ
0es una cantidad fija (h y υ
0son constantes). Este producto también es llamado “trabajo de extracción” (ten en cuenta que el producto de la constante de Planck por una frecuencia da como resultado una energía, y energía y trabajo son lo mismo). Si el rayo incidente, con frecuencia igual a υ, da un producto hυ mayor que hυ
0, el resto se convierte en energía cinética.
hυ - hυ
0= E
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Como Ec = 1/2mv
2y m es la masa del electrón (otra constante), un aumento en la frecuencia de la luz incidente se traduce como un aumento de la velocidad de los electrones desprendidos.
Los problemas acerca del efecto foteléctrico suelen preguntarnos por la velocidad de los electrones arrancados por una onda de frecuencia υ, o bien qué frecuencia debe tener una onda determinada para realizar el trabajo de extracción. También es posible que nos manden calcular la frecuencia de la onda incidente a través de otros datos, como su longitud de onda (recuerda del tema de movimiento ondulatorio, que λ = c/υ).
Y una curiosidad final: la explicación del efecto fotoeléctrico le valió a Einstein el Premio Nobel de Física en 1921
1. Claro que la explicación completa ocupa un poco más que la que acabas de ver.
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