Efecto Fotoelectrico - Marcos Celis Pacheco (9)

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EFECTO FOTOELÉCTRICO 
 
Cuando la luz brilla en un metal, los electrones pueden ser expulsados de la 
superficie del metal en un fenómeno conocido como el efecto fotoeléctrico. También, a este 
proceso suele llamársele fotoemisión, y a los electrones que son expulsados del metal, 
fotoelectrones. En términos de su comportamiento y sus propiedades, los fotoelectrones no 
son diferentes de otros electrones. El prefijo foto simplemente nos indica que los electrones 
han sido expulsados de la superficie de un metal por la luz incidente. 
El efecto fotoeléctrico es el fenómeno en el que las partículas de luz llamadas fotón, 
impactan con los electrones de un metal arrancando sus átomos. El electrón se mueve 
durante el proceso, dado origen a una corriente eléctrica. Este fenómeno es aprovechado en 
las plantas que utilizan paneles solares, los cuales reciben la energía lumínica del sol 
transformándola en electricidad. 
Albert Einstein publicó en 1905 varios artículos entre los cuales uno trataba del 
efecto fotoeléctrico y por el cual recibió el premio Nobel de Física en 1922. Mucho antes, 
en 1900, Max Plank había explicado el fenómeno de la radiación del cuerpo negro 
sugiriendo que la energía estaba cuantiada, pero Einstein llegó aún más lejos explicando -de 
acuerdo a los cuantos de Plank- que no solo la energía sino también las materias son 
discontinuas. 
La emisión de electrones por metales iluminados con luz de determinada frecuencia 
fue observada a finales del siglo XIX por Hertz y Hallwachs. El proceso por el cual se 
liberan electrones de un material por la acción de la radiación se denomina efecto 
fotoeléctrico o emisión fotoeléctrica. Sus características esenciales son: 
Para cada sustancia hay una frecuencia mínima o umbral de la radiación 
electromagnética por debajo de la cual no se producen fotoelectrones por más intensa que 
sea la radiación. 
La emisión electrónica aumenta cuando se incrementa la intensidad de la radiación 
que incide sobre la superficie del metal, ya que hay más energía disponible para liberar 
electrones. 
En los metales hay electrones que se mueven más o menos libremente a través de la 
red cristalina, estos electrones no escapan del metal a temperaturas normales porque no 
tienen energía suficiente. Calentando el metal es una manera de aumentar su energía. Los 
electrones "evaporados" se denominan termo electrones, este es el tipo de emisión que hay 
en las válvulas electrónicas. Vamos a ver que también se pueden liberar electrones 
(fotoelectrones) mediante la absorción por el metal de la energía de radiación 
electromagnética. 
El objetivo de la práctica simulada es la determinación de la energía de arranque de 
los electrones de un metal, y el valor de la constante de Planck. Para ello, disponemos de un 
conjunto de lámparas que emiten luz de distintas frecuencias y placas de distintos metales 
que van a ser iluminadas por la luz emitida por esas lámparas especiales. 
Para explicar el efecto fotoeléctrico, los físicos del siglo XIX teorizaron que el 
campo eléctrico oscilante de la onda de luz que entraba les transmitía calor a los electrones 
causando que vibraran, lo que eventualmente terminaba liberándolos de la superficie del 
metal. Esta hipótesis estaba basada en la suposición de que la luz viajaba por el espacio 
puramente como una onda. (Mira este artículo para obtener más información acerca de las 
propiedades de la luz). Los científicos también creían que la energía de la onda de luz era 
proporcional a su brillo, lo cual se relacionaba con la amplitud de la onda. Para probar su 
hipótesis, realizaron experimentos para ver el efecto de la amplitud y frecuencia de la luz en 
la razón de expulsión de electrones, así como en la energía cinética de los fotoelectrones. 
Con base en la descripción clásica de la luz como una onda, hicieron las siguientes 
predicciones: 
La energía cinética de los fotoelectrones emitidos debería incrementarse con la 
amplitud de la luz. 
La razón de emisión de electrones, que es proporcional a la corriente eléctrica, 
debería incrementarse con el aumento de la frecuencia de la luz. 
Para ayudarnos a entender por qué hicieron estas predicciones, podemos comparar 
una onda de luz con una ola. Imagina unas pelotas de playa que están en un muelle que se 
extiende hacia el océano. El muelle representa una superficie metálica, las pelotas de playa 
representan electrones y las olas del océano representan ondas de luz. 
 
Leyes de la emisión fotoeléctrica 
 Para un metal y una frecuencia de radiación incidente dados, la cantidad de 
fotoelectrones emitidos es directamente proporcional a la intensidad de luz 
incidente. 
 Para cada metal dado, existe una cierta frecuencia mínima de radiación 
incidente debajo de la cual ningún fotoelectrón puede ser emitido. Esta 
frecuencia se llama frecuencia de corte, también conocida como "Frecuencia 
Umbral". 
 Por encima de la frecuencia de corte, la energía cinética máxima del 
fotoelectrón emitido es independiente de la intensidad de la luz incidente, 
pero depende de la frecuencia de la luz incidente. 
 La emisión del fotoelectrón se realiza instantáneamente, independientemente 
de la intensidad de la luz incidente. Este hecho se contrapone a la teoría de la 
Física Clásica que esperaría que existiese un cierto retraso entre la absorción 
de energía y la emisión del electrón, inferior a un nanosegundo. 
CONCLUSION 
 
Con base en el modelo ondulatorio de la luz, los físicos predijeron que el aumento 
de la amplitud de la luz incrementaría la energía cinética de los fotoelectrones emitidos, 
mientras que el aumento de la frecuencia incrementaría la corriente medida. 
Los experimentos mostraron que aumentar la frecuencia de la luz incrementaba la 
energía cinética de los fotoelectrones, y que aumentar la amplitud de la luz incrementaba la 
corriente. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
REFERENCIAS 
 https://es.khanacademy.org/science/physics/quantum-
physics/photons/a/photoelectric-effect 
 https://www.xatakaciencia.com/fisica/el-efecto-fotoelectrico