El Efecto Fotoeléctrico y la Dualidad Onda-Partícula

El Efecto Fotoeléctrico

Definición:

- Es una consecuencia del experimento que consagró la naturaleza ondulatoria de la luz.

- Se observó que se producía electricidad al iluminar el cátodo.

- Thomson dedujo que los responsables de esto eran los electrones.

- Esos electrones salen con una energía cinética que se puede calcular mediante la aplicación del potencial, hasta que no se observe corriente:

1/2 m · V²_max = q (Carga) · V (final)

Fenómenos del Efecto Fotoeléctrico

• Solo se emiten electrones cuando la frecuencia (ν) de la luz supera a la frecuencia umbral, que depende del metal ν₀.
• Por debajo de ν₀ no se produce emisión de electrones.
• Por encima de ν₀, un aumento de la intensidad lumínica produce un incremento del número de electrones emitidos, pero no afecta a su energía cinética.
• El número de electrones emitidos es proporcional a la intensidad de la radiación.

Contradicciones con la Física Clásica:

• Según la física clásica, se debería producir efecto fotoeléctrico a cualquier frecuencia.
• La energía cinética de los electrones debería aumentar con la intensidad, pero se observa que depende de ν.
• La emisión de los electrones no debería ser instantánea, ya que debería pasar un tiempo de absorción.

Explicación de Einstein al Efecto Fotoeléctrico

• Extendió la explicación de la absorción o emisión de energía de los osciladores atómicos a la naturaleza y propiedades de la luz.
• Introdujo la naturaleza corpuscular en la propagación de la luz y su interacción con la materia.
• La energía luminosa no se reparte uniformemente en todos los puntos del frente de onda, sino que está concentrada en cuantos de energía llamados fotones, que viajan en todas las direcciones a la velocidad de la luz.

Ecuación de Einstein del efecto fotoeléctrico:

W = h · ν₀ --> hν = W + 1/2 · m · V²_max

Hipótesis de Broglie

Dedujo que, al igual que los fotones se comportan como partículas o como ondas, también los electrones pueden presentar esa propiedad.

(Einstein dedujo la energía del fotón: E = h · ν, E = m · c² --> m · c² = h · ν --> m · c = (h · ν) / c ; como ν · λ = c --> h / λ = m · c --> λ = h / p (cantidad de movimiento))

Principio de Indeterminación de Heisenberg

Hay pares de propiedades del electrón que no se pueden determinar simultáneamente con precisión. La imprecisión en la medida de la posición (Δx) y el momento lineal (Δp) de una partícula está relacionada con la constante de Planck (h) dividida por 2π, de modo que a mayor precisión en la medida de la posición, mayor será la imprecisión del momento lineal y viceversa:

Δp · Δx ≥ h / 2π