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Formación para la Investigación 
Escuela de Física, Facultad de Ciencias 
Universidad Industrial de Santander 
Construimos Futuro 
 
 
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ESTUDIO DEL EFECTO FOTOELÉCTRICO A TRAVÉS DE UNA 
SIMULACIÓN 
Betty Dayana Lancheros Ayala - 2192376 – Ingeniería Metalúrgica. 
Cesar Nicolas Rodríguez Pinzón - 2182101 – Química. 
Juan Camilo Barajas González - 2192042 – Ingeniería Civil. 
RESUMEN 
 
El efecto fotoeléctrico es un punto clave para comprender la física cuántica, y también es un avance 
importante en la física moderna, porque la naturaleza de las ondas luminosas se puede entender a 
partir de este teorema. Por tanto, el proyecto de investigación se basa en el estudio de los efectos 
antes mencionados a través del simulador PhET, que recrea el experimento más utilizado para 
analizar el efecto con el fin de comprenderlo y aplicarlo a diferentes metales, lo que se logrará, 
determinando la longitud de onda requerida para producir el efecto, y calcular la energía cinética 
liberada por los electrones del metal; en base a esto, es posible comprender la influencia de estas 
magnitudes en el efecto fotoeléctrico estableciendo la relación entre corriente, voltaje, frecuencia 
e intensidad de la luz. 
INTRODUCCIÓN 
 
La radiación electromagnética es una de las tantas formas como la energía viaja a través del espacio. 
El calor de un fuego que vemos arder, la luz solar, los rayos x y el uso del microondas, son algunos 
de los ejemplos de la radiación electromagnética. 
 
 
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Figura 1. Las ondas electromagnéticas consisten de un campo eléctrico que oscila y de un 
campo magnético perpendicular que también oscila. Imagen tomada de la ChemWiki de UC 
Davis (Universidad de California en Davis), CC-BY-NC-SA 3.0 
 
La teoría del Maxwell del electromagnetismo, publicada e n1865, sugirió desde el principio que 
la luz era un tipo de onda electromagnética y muchos científicos intentaron ver o detectar las 
ondas que esta emite. En 1886, Hertz, llevó a cabo el primer experimento exitoso en producir y 
recibir radiación electromagnética usando un dispositivo eléctrico; accidentalmente en este 
experimento se encontró el efecto fotoeléctrico. 
El efecto fotoeléctrico ocurre cuando un metal se expone a la luz y este absorbe parte de la 
misma, la absorción de la energía luminosa por la superficie provoca que algunos de los 
electrones del metal queden excitados y algunos de ellos obtengan la energía suficiente para ser 
expulsados. (Phillips & Prewer, 2005, 70). 
http://chemwiki.ucdavis.edu/Physical_Chemistry/Spectroscopy/Fundamentals/Electromagnetic_Radiation
http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/us/
 
 
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Figura 2. En el efecto fotoeléctrico, las ondas de luz (las líneas rojas onduladas) que golpean la 
superficie del metal causan que los electrones salgan expulsados del metal. Imagen de 
Wikimedia Commons, CC BY-SA 3.0. 
Cuando se realizaron los experimentos para ver el efecto de la amplitud y frecuencia de la luz, se 
observaron los siguientes resultados: 
• La energía cinética de los fotoelectrones se incrementa con la frecuencia de la luz. 
• La corriente eléctrica permanece constante a medida que la frecuencia de la luz aumenta. 
• La corriente eléctrica aumenta con la amplitud de la luz. 
• La energía cinética de los fotoelectrones permanece constante a medida que la amplitud se 
incrementa. 
Estos resultados estaban completamente en desacuerdo con las predicciones basadas en la 
descripción clásica de la luz como onda. Para explicar qué estaba pasando, resultó que se 
necesitaba un modelo de la luz completamente nuevo. Este nuevo modelo, fue desarrollado por 
Albert Einstein, donde propuso que la luz a veces se comporta como partículas de energía 
electromagnética que ahora conocemos como fotones. 
La energía del fotón se podría calcular usando la ecuación de Planck: 
𝐸𝑓𝑜𝑡𝑜𝑛 = ℎ𝑣 
Donde la Efoton es la energía del fotón en Joules (J), h es la constante de Planck (6.626 x 10
-34 J*s) 
y v es la frecuencia en Hz. Teniendo en cuenta los enunciados de Planck, la energía de un fotón 
es proporcional a la frecuencia de la luz, v. La amplitud es entonces proporcional al numero de 
fotones con una frecuencia dada. 
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Photoelectric_effect.svg
https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/deed.en
 
 
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La luz incidente se puede ver como un chorro de fotones con una determinada energía por la 
frecuencia de luz. Cuando un fotón golpea el metal, la energía del fotón es absorbida por el 
electrón en el metal. 
SI la luz incidente tiene una frecuencia menor que la frecuencia mínima vo, entonces no se 
expulsaban electrones sin importar la amplitud de la luz. La frecuencia mínima se llama 
frecuencia del umbral, y el valor de vo depende del metal; para frecuencias mayores los electrones 
serian expulsados fuera del metal. 
 
Figura 3. Relación entre la energía cinética del fotoelectrón y la frecuencia de la luz. 
La energía del fotón incidente Efoton, debe ser igual a la energía cinética del electrón expulsado, 
KEelectron, mas la energía requerida para expulsar al electrón del metal., esta energía se le conoce 
como función de trabajo del metal y se representa por el símbolo Φ en unidades de J. 
𝐸𝑓𝑜𝑡ó𝑛 = 𝐾𝐸𝑒𝑙𝑒𝑐𝑡𝑟ó𝑛 + Φ 
Como la frecuencia del umbral v0, el valor de Φ también cambia con cada metal. Se reescribe la 
energía en términos de la frecuencia de la luz usando la ecuación de Planck: 
𝐸𝑓𝑜𝑡ó𝑛 = ℎ𝑣 = 𝐾𝐸𝑒𝑙𝑒𝑐𝑡𝑟ó𝑛 + Φ 
 
 
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Reorganizando la ecuación en términos de la energía cinética de los electrones, se obtiene: 
𝐾𝐸𝑒𝑙𝑒𝑐𝑡𝑟ó𝑛 = ℎ𝑣 − Φ 
Se puede ver que la energía cinética del fotoelectrón se incrementa linealmente con v siempre y 
cuando la energía del fotón sea mas grande que la función del trabajo. Es posible encontrar la 
velocidad del fotoelectrón v, que se relaciona con KEelectrón con la siguiente ecuación: 
𝐾𝐸𝑒𝑙𝑒𝑐𝑡𝑟ó𝑛 = ℎ𝑣 − Φ =
1
2
𝑚𝑒𝑣
2 
Donde me es la masa en reposo de un electrón (9.1094 x 10
-31 Kg) 
Principios que rigen el efecto electromagnético (Flores & Figueroa, 2004): 
1. No hay emisión de electrones si la frecuencia de la luz incidente cae por debajo de la 
frecuencia umbral 𝑓0, que es característica únicamente del metal irradiado. 
2. El efecto se observa si la frecuencia de la luz excede la frecuencia umbral, y el número de 
electrones emitidos es proporcional a la intensidad de la luz; sin embargo, la energía cinética 
máxima de los fotoelectrones es independiente de la intensidad de la luz. 
3. La energía cinética máxima de los fotoelectrones se incrementa con el aumento de la 
frecuencia de la luz. 
4. Los electrones de la superficie se emiten casi de manera instantánea, incluso a bajas 
intensidades. Desde el punto de vista clásico se esperaría que los electrones requirieran algún 
tiempo para absorber la radiación incidente, antes de que alcancen la energía cinética necesaria 
que les permita escapar de la superficie del metal. 
5. El número de electrones liberados es proporcional a la intensidad de las radiaciones incidentes. 
La energía cinética máxima de los fotoelectrones depende de la frecuencia, no de la intensidad de 
la luz incidente. 
METODOLOGÍA 
 
Para que el estudiante conozca los principios del efecto fotoeléctrico y puedan reproducir el 
fenómeno en distintosmetales a través de una simulación para entender de qué manera influyen 
factores como la intensidad luminosa, la longitud de onda y la corriente eléctrica se realizó una 
 
 
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práctica utilizando el simulador Phet, la cual se hizo en dos fases. 
 
Fase 1: En esta primera parte se busca observar, analizar y comparar el comportamiento de destinos 
materiales durante este efecto fotoeléctrico, específicamente el trabajo (w). Con ayuda del 
simulador se halló la longitud de onda umbral λ0 de cada material como se muestra en la figura 1. 
 
Figura 4. Ejemplo con sodio del montaje para medir la longitud de onda umbral de cada 
material. 
 
Teniendo la longitud de onda umbral se halló la frecuencia (fo) y el trabajo (w), usando las fórmulas 
1 y 2 respectivamente, teniendo en cuenta que 𝑐 = 3𝑥108 [
𝑚
𝑠
] y ℎ ≈ 6,626𝑥10−34[𝐽 ⋅ 𝑠]. 
𝑓0 =
𝑐
𝜆0
 (1) 𝑤 = ℎ𝑓0 (2) 
Los datos hallados y calculados de cada material fueron recopilados en la taba 1. 
 
 
https://phet.colorado.edu/es/simulations/legacy/photoelectric
 
 
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Materiales λ0 (m) f0[
1
𝑠
] W(J) 
Sodio 0,000000539 5,56586E+14 3,68794E-19 
Zinc 0,000000288 1,04167E+15 6,90208E-19 
Cobre 0,000000263 1,14068E+15 7,55817E-19 
Platino 0,000000196 1,53061E+15 1,01418E-18 
Calcio 0,000000427 7,02576E+14 4,65527E-19 
Desconocido 0,000000335 8,95522E+14 5,93373E-19 
Tabla 1. Datos de la longitud de onda umbral, frecuencia y trabajo de cada material. 
Análisis: Con la tabla 1 podemos observar que el trabajo realizado de cada material en orden de 
mayor a menor es: Cobre, Zinc, Desconocido, Calcio, Sodio, Platino. Siendo el cobre el que más 
realiza trabajo y el platino el que menos. 
 
Fase 2: En esta se buscó hallar la constante de Planck (h) y el trabajo (w) de un material de forma 
experimental, y compararlo con los valores teóricos, para esto se escogió uno de los materiales 
vistos anteriormente, que en este caso se escogió el sodio. Sabiendo la longitud de onda umbral, se 
tomaron 6 valores de longitud de onda inferiores a esta, midiendo el potencial de frenado V0 
reuniendo los datos para cada λ como se muestra en la tabla 2. 
 
Sodio 
λ(m) V0(V) 
0,00000045 -0,45 
0,00000035 -1,25 
0,0000003 -1,8 
0,00000025 -2,65 
0,0000002 -3,9 
0,00000015 -6 
Tabla 2. Datos sobre el material sodio con λ menores a λ0 y su respectivo 
potencial de frenado V0. 
 
Luego, con esta información se pudo hallar la frecuencia (f) y formar así una relación entre estos, 
tabulando los resultados en la tabla 3 y graficándolo en la grafica 1 como se puede ver a 
continuación. 
 
 
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Sodio 
f V0(V) 
6,66667E+14 -0,45 
8,57143E+14 -1,25 
1E+15 -1,8 
1,2E+15 -2,65 
1,5E+15 -3,9 
2E+15 -6 
Tabla 3. Relación entre la frecuencia y el potencial de frenado del sodio. 
 
 
Grafica 1. Potencial de frenado vs la frecuencia con el material sodio. 
 
Una vez hecho esto se va a hallar de forma experimental la constante de Planck (h) y el trabajo (w), 
usando la ecuación de la recta en la gráfica, sabiendo que la pendiente (m) y h, tanto como el corte 
en la gráfica (b) y el trabajo(w), se relacionan como e muestra en las ecuaciones 3 y 4 
respectivamente. 
ℎ = 𝑚ⅇ (3) 𝑤 = −ⅇ𝑏 (4) 
y = -4E-15x + 2,3362
-7
-6
-5
-4
-3
-2
-1
0
0 1E+15 2E+15 3E+15
P
o
te
n
ci
al
 d
e 
fr
en
ad
o
 V
0
Frecuencia
Vo vs f
 
 
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Recordando que la carga eléctrica del electrón ⅇ = −1,6 × 10−19 es posible calcular y dar como 
resultado que la constante de Planck experimental es ℎ𝐿 ≈ 6,4𝑥10
−34[𝐽 ⋅ 𝑠] y que el trabajo 
hallado de forma experimental es 𝑤2 = 3,73782 (𝐽) 
Análisis: Una vez hallado los valores anteriores se procede a compáralos con los valores teóricos 
ℎ𝑠 ≈ 6,626𝑥10
−34[𝐽 ⋅ 𝑠] y 𝑤1 = 3,68794, y para esto se calculó el porcentaje de error. 
0
0⁄ 𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟(ℎ) =
|ℎ𝑠 − ℎ𝐿|
ℎ𝑠
× 100 ≈ 3,4% 
0
0⁄ 𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟(𝑤) =
|𝑤1 − 𝑤2|
𝑤1
× 100 ≈ 1,35% 
Observando que el porcentaje de error en la constate de Planck cuando comparamos la 
experimental y teórica puede tender a ser considerable, y en el cálculo del trabajo cuando es usado 
el sodio presenta un menor porcentaje de error, pero ninguno de estos valores experimentes muy 
alejados de los teóricos. 
 
CONCLUSIONES 
 
• Se logró identificar una relación para materiales como el sodio de proporcionalidad 
directa entre su longitud de onda y su potencial de frenado. 
• Se determinó que la energía de los fotones va a estar influenciada por la longitud de la 
onda, manteniendo una relación inversamente proporcional. 
• Así mismo logramos ver una relación inversamente proporcional entre la frecuencia su 
potencial de frenado, ya que mientras aumenta la frecuencia el potencial de frenado 
disminuye 
 
 
 
 
 
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REFERENCIAS 
 
• Phillips, C., & Priwer, S. (2005). Todo sobre Einstein. Ed. Robin Book. Barcelona, EP. 
• Escudero, C., Jaime, E. A., & González, S. B. (2016). Hacia la conciencia cuántica a partir 
del efecto fotoeléctrico. Enseñanza de las ciencias: revista de investigación y experiencias 
didácticas, 34(3), 183-200. 
• Efecto fotoeléctrico (artículo). (s. f.). Khan Academy. Recuperado 14 de octubre de 2021, 
de https://es.khanacademy.org/science/ap-chemistry/electronic-structure-of-atoms-
ap/bohr-model-hydrogen-ap/a/photoelectric-effect 
• Flores, N. E., & Figueroa, J. E. (2004). Física moderna. Pearson, Prentice Hall. 
https://es.khanacademy.org/science/ap-chemistry/electronic-structure-of-atoms-ap/bohr-model-hydrogen-ap/a/photoelectric-effect
https://es.khanacademy.org/science/ap-chemistry/electronic-structure-of-atoms-ap/bohr-model-hydrogen-ap/a/photoelectric-effect