El Efecto Fotoeléctrico y la Dualidad Onda-Corpúsculo

Hipótesis de Planck

La energía de la radiación térmica se propaga en forma de un enorme número de unidades muy pequeñas de energía, denominados cuantos de luz o fotones. La energía de cada cuanto o fotón tiene el siguiente valor: E = h · f (h = 6,63 · 10^-34 J · s)

Efecto Fotoeléctrico

Es el fenómeno por el que determinadas radiaciones electromagnéticas extraen electrones de ciertos metales.

Energía de los electrones en los metales

Los átomos de los metales están unidos mediante el enlace metálico. En el modelo de nube electrónica, los átomos ocupan posiciones más o menos fijas en una estructura ordenada. Algunos electrones son libres como para escapar de ellos y moverse en el ámbito de la red de cationes formando lo que se denomina una nube electrónica. Estos electrones libres están fuertemente atraídos por la red cristalina y sólo pueden extraerse del metal aplicando energía de forma externa. Se le denomina trabajo de extracción (W_ext).

Resultados experimentales

Influencia de la frecuencia

• Para que haya emisión de electrones la frecuencia de la radiación debe ser superior a un valor mínimo para cada metal, llamado frecuencia umbral.

Influencia de la intensidad

• Al aumentar la intensidad de la luz incidente, aumenta la intensidad de corriente producida. Esta depende del número de electrones emitidos.

Influencia de la diferencia de potencial

• a) Al aumentar el potencial positivo del ánodo (R) aumenta la intensidad de corriente hasta un valor constante para un V dado. Para este valor V, todos los electrones llegan al ánodo.
• b) Si el potencial de R es negativo, los electrones se frenan y llegan en menor número.
• c) Para el valor de V negativo para el que no hay corriente (V₀), ningún electrón llega a R. E_{c máx} = e · V₀.

Explicación de Einstein del Efecto Fotoeléctrico

La luz es un flujo de fotones, cada uno de ellos con energía E = h · f (Planck). Al llegar al metal, cada fotón cede esta energía a un electrón de éste. Si se cumple que E_c = h · f ≥ W_ext, habrá efecto fotoeléctrico. En caso contrario, no. Así que, la energía mínima que debe llevar un fotón para que haya efecto fotoeléctrico (energía umbral) debe ser: E₀ = h · f₀ = W_ext, y es característica de cada metal.

Fotones

Son partículas, de masa en reposo nula, que presentan naturaleza ondulatoria: dualidad onda-corpúsculo. Su velocidad es constante en el vacío (c = 3 · 10⁸ m/s), presenta una frecuencia y una longitud de onda relacionada por c = λ · f, una energía dada por E = m · c² = h · f y una cantidad de movimiento, p = m · c = h / λ.

Hipótesis de De Broglie

Esta dualidad entre onda y partícula (dualidad onda-corpúsculo) fue propuesta por De Broglie para todas las partículas. Así, a las partículas se les puede asociar magnitudes corpusculares y ondulatorias, a la vez.