Efecto Fotoeléctrico, Dualidad Onda-Partícula y Energía Nuclear: Conceptos Clave de la Física Moderna

Efecto Fotoeléctrico

El efecto fotoeléctrico consiste en la emisión de electrones por la superficie de un metal cuando la luz de frecuencia suficientemente elevada incide sobre él. La luz que incide sobre el cátodo provoca la emisión de electrones. A través de hechos experimentales se observa lo siguiente:

1. El efecto es instantáneo.
2. Existe una frecuencia mínima (umbral), por debajo de la cual no es posible la fotoemisión, ni siquiera con una alta intensidad.
3. Cada metal posee una frecuencia umbral diferente.
4. La energía cinética máxima de emisión depende solo de la frecuencia de la radiación incidente.
5. Existe para cada radiación un potencial de frenado, por debajo del cual no es posible la emisión.

Dualidad Onda-Partícula

De Broglie sugirió que los electrones podían tener características ondulatorias y corpusculares, y esto implicaba que la luz es una onda que se manifiesta a veces como partícula (los fotones), y que los electrones son partículas que pueden tener a veces comportamientos ondulatorios. Se relacionan las ideas de Planck y Einstein, y se obtiene que: λ = h / (momento lineal [m*v]). Por ello, el principio de Broglie supone la generalización de esta expresión para cualquier partícula: toda partícula que se mueva lleva asociada una onda cuya λ viene dada por la expresión mencionada. Solo partículas de tamaño muy pequeño pueden tener un comportamiento ondulatorio apreciable.

Energía Nuclear

La energía de enlace de un núcleo es la energía liberada cuando sus nucleones aislados se unen para formar el núcleo. Si medimos la masa de un núcleo concreto, vemos que es inferior a la que resulta de sumar la masa de sus protones y neutrones, y es lo que se llama defecto de masa.

Desintegración Beta y el Neutrino

La desintegración beta obligó a Pauli a postular la existencia de una nueva partícula de masa despreciable llamada neutrino, que fue detectada más adelante. Este dijo que un neutrón del núcleo se transforma en un protón y en un electrón. Para que esto se cumpla, tendría que aparecer el neutrino.

Planck y Einstein: Cuantización de la Energía y el Efecto Fotoeléctrico

Planck: Un cuerpo no puede emitir energía radiante de forma continua, sino que lo hace en forma de paquetes o cuantos: E = hv.

Einstein: Explicó el fenómeno suponiendo que cada fotón, componente de la luz, choca contra un electrón del metal y consigue arrancarlo, venciendo la fuerza de atracción del núcleo. El exceso de energía lo invierte el electrón en energía cinética.