Efecto fotoeléctrico
Siguiendo la wikipedia:
El efecto fotoeléctrico consiste en la emisión de electrones por un material cuando se le ilumina con radiación electromagnética (luz visible o ultravioleta, en general).
El efecto fotoeléctrico fue descubierto y descrito por Heinrich Hertz en 1887, al observar que el arco que salta entre dos electrodos conectados a alta tensión alcanza distancias mayores cuando se ilumina con luz ultravioleta que cuando se deja en la oscuridad. La explicación teórica solo fue hecha por Albert Einstein, quien publicó en 1905 el revolucionario artículo “Heurística de la generación y conversión de la luz”, basando su formulación de la fotoelectricidad en una extensión del trabajo sobre los cuantos de Max Planck. Eso permitió que Einstein fuera agraciado con el premio Nobel en 1923.
Leyes de la emisión fotoeléctrica.
Podemos observar el efecto fotoeléctrico en este applet. También puedes instalarlo en tu ordenador en los archivos adjuntos.
La leyes que se pueden observar en este applet son:
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.
El tiempo de retraso entre la incidencia de la radiación y la emisión del fotoelectrón es muy pequeña, menos que 10-9 segundos.
La física clásica no podía explicar las leyes anteriores. En efecto, si iluminamos con una radiación electromagnética un electrón este irá absorbiendo energía continuamente hasta que tenga suficiente para vencer la energía de unión con los iones metálicos. La frecuencia no debería ser nada especial. Debería observarse un retardo entre la iluminación y la emisión de electrones.
Albert Einstein utilizó y aplicó la teoría de Planck sobre los cuantos o fotones de luz a este caso. Los electrones del metal interaccionan con los fotones de luz uno a uno. La energía de estos fotones de E=h.f, si esta energía de un fotón es suficiente el electrón salta inmediatamente del metal, si no es suficiente ya podemos esperar que nunca saltará.
Matemáticas:
Para analizar el efecto fotoeléctrico cuantitativamente utilizando el método derivado por Einstein es necesario plantear las siguientes ecuaciones:
Para la frecuencia umbral: E=h.f0= trabajo de extracción del metal.
Para frecuencias superiores:
donde h es la constante de Planck, f0 es la frecuencia de corte o frecuencia mínima de los fotones para que tenga lugar el efecto fotoeléctrico.
El efecto fotoeléctrico es la base de la producción de energía eléctrica por radiación solar y del aprovechamiento energético de la energía solar. El efecto fotoeléctrico se utiliza también para la fabricación de células utilizadas en los detectores de llama de las calderas de las grandes centrales termoeléctricas. Este efecto es también el principio de funcionamiento de los sensores utilizados en las cámaras digitales. También se utiliza en diodos fotosensibles tales como los que se utilizan en las células fotovoltaicas.
El efecto fotoeléctrico también se manifiesta en cuerpos expuestos a la luz solar de forma prolongada. Por ejemplo, las partículas de polvo de la superficie lunar adquieren carga positiva debido al impacto de fotones. Las partículas cargadas se repelen mutuamente elevándose de la superficie y formando una tenue atmósfera. Los satélites espaciales también adquieren carga eléctrica positiva en sus superficies iluminadas y negativa en las regiones oscurecidas, por lo que es necesario tener en cuenta estos efectos de acumulación de carga en su diseño.
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