Conceptos Clave de Física Moderna: Potencial de Frenado, Efecto Fotoeléctrico y Más
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Potencial de Frenado
El potencial de frenado representa la diferencia de potencial necesaria para evitar la aparición del efecto fotoeléctrico, es decir, para frenar los electrones más rápidos con máxima energía cinética (Ec).
- Ve: Velocidad máxima del electrón
- e: Carga del electrón (1,6 · 10-19 C)
- Vo: Potencial de frenado
El potencial de frenado es negativo porque el trabajo lo realiza el campo eléctrico.
Principio de Huygens
El principio de Huygens establece que cada punto de un frente de ondas es un nuevo foco emisor de ondas secundarias, de modo que la envolvente de todas ellas en cada momento es el nuevo frente de ondas.
Radiación Térmica
La radiación térmica de un cuerpo es la energía electromagnética que emite debido a su temperatura. La longitud de onda decrece a medida que aumenta la temperatura.
Teoría Cuántica y Cuerpo Negro
Un cuerpo negro es aquel capaz de absorber todas las radiaciones que llegan a él y, por tanto, de emitir todas las longitudes de onda.
Ley de Wien
La longitud de onda para la cual la emisión es máxima disminuye al aumentar la temperatura.
Ley de Stefan-Boltzmann
La potencia total emitida por un cuerpo negro, a una determinada temperatura, es proporcional a la cuarta potencia de su temperatura absoluta.
Para longitudes de onda pequeñas, la intensidad tiende a cero (catástrofe ultravioleta).
Planck afirmó que la energía emitida por un cuerpo está formada por "cuantos" de energía de frecuencia determinada. La energía de un cuanto es E = h·ν, donde:
- ν: Frecuencia de la radiación emitida
- h: Constante de Planck (6,63·10-34 J·s)
Efecto Fotoeléctrico
Hertz descubrió que algunos metales emiten electrones cuando se encuentran sometidos a la acción de la luz. La luz se propaga en el espacio transportando energía en cuantos de luz, llamados fotones, cuya energía viene dada por E = h·ν. La energía necesaria para liberar un electrón de los átomos del metal es constante para cada metal y es el trabajo de extracción o función de trabajo del metal (W0 = h·ν0). La ecuación final de Einstein queda: h·ν = W0 + 1/2·m·V2.
Características del Efecto Fotoeléctrico
- No se produce si la frecuencia del fotón incidente es inferior a la frecuencia umbral (ν0).
- La energía cinética máxima aumenta con la frecuencia.
Efecto Compton: Conclusiones
La energía y cantidad de movimiento del fotón vienen dadas en función de la frecuencia y de la longitud de onda de la radiación electromagnética por: (2.1 y 2.2)
Debemos considerar que la luz presenta una doble naturaleza: ondulatoria y corpuscular. Cuando la luz incide sobre un objeto de grandes dimensiones, comparado con su longitud de onda, actúa como si tuviera naturaleza corpuscular, y si el objeto es de dimensiones parecidas a su longitud de onda, se comporta como onda. (2.3, 2.4, 2.5, 2.6, 2.7, 2.8, 2.9, 2.10)
Principio de Incertidumbre de Heisenberg
El principio de incertidumbre de Heisenberg establece que cuanta mayor certeza se busca en determinar la posición de una partícula, menos se conoce su cantidad de movimiento lineal y, por tanto, su velocidad.
∆x·∆P ≥ h/2π
Donde:
- ∆x: Incertidumbre en la posición
- ∆P: Incertidumbre en la cantidad de movimiento
- h: Constante de Planck