Efecto Fotoeléctrico: Explicación de Einstein, Hipótesis de De Broglie y Proceso de Emisión

Explicación de Einstein del Efecto Fotoeléctrico

Albert Einstein propuso que una luz de frecuencia f debe ser considerada como un chorro de partículas, a las que llamamos fotones. Cada fotón posee una energía E = h * f, siendo h la constante de Planck. Una luz muy intensa tiene mucha energía porque transporta muchos fotones.

Si la energía de un fotón que choca con un electrón es suficiente, el electrón es arrancado del metal; si no, no lo es. Llamamos trabajo de extracción, W, a la mínima energía necesaria para sacar a un electrón del metal.

Existe una frecuencia umbral, f₀, de forma que si f ≥ f₀ puede darse el efecto fotoeléctrico. La ecuación de Einstein para el efecto fotoeléctrico es: E_cin(max) = h * f - W. Esta ecuación se cumple para todos los metales, variando el valor de la frecuencia umbral.

Hipótesis de De Broglie

La hipótesis de De Broglie establece que cualquier partícula de masa m, velocidad v y energía E tiene asociada una longitud de onda λ. La relación entre la energía y la frecuencia sigue siendo E = h * f.

Cuando esta ecuación se aplica a los objetos cotidianos, se obtienen valores muy pequeños para la longitud de onda. El valor de la longitud de onda es tan pequeño que no se manifiesta el carácter ondulatorio.

Sin embargo, si la masa m es muy pequeña, como por ejemplo en los electrones, λ puede ser lo suficientemente grande como para que el movimiento de los electrones deba ser descrito como la propagación de una onda. Lo mismo ocurre con los protones y neutrones.

Dependencia de la Longitud de Onda según De Broglie

• La longitud de onda λ es inversamente proporcional a la masa m de la partícula.
• La longitud de onda λ es inversamente proporcional a la velocidad v de la partícula.

Proceso de Emisión Fotoeléctrica

El efecto fotoeléctrico consiste en la emisión de electrones por parte de un metal cuando es irradiado por luz. Este efecto, en principio, no tendría nada de especial, ya que es el resultado de un intercambio de energía. Lo que lo hace especial son sus leyes:

Condiciones para la Producción del Efecto Fotoeléctrico

1. La emisión de electrones solo tiene lugar si se ilumina el metal con una luz cuya frecuencia sea igual o superior a f₀ (frecuencia umbral).
2. Con luz de frecuencia menor a f₀ o longitud de onda mayor a λ₀ (longitud de onda umbral) no tiene lugar el efecto fotoeléctrico.
3. El número de fotoelectrones emitidos es proporcional a la intensidad de la luz incidente.
4. La energía cinética máxima de los fotoelectrones es proporcional a la frecuencia de la luz incidente.
5. La emisión de electrones es instantánea.