Efecto Fotoeléctrico: Teoría de Einstein, Frecuencia Umbral y Aplicaciones

Potencial de Frenado

El potencial de frenado representa la diferencia de potencial necesaria para que cese la corriente eléctrica, es decir, para evitar la aparición del fenómeno fotoeléctrico.

Teoría Clásica vs. Teoría de Einstein

Teoría Clásica

Según la teoría clásica, al crecer la intensidad luminosa, crecería la energía. Si la intensidad luminosa fuera pequeña, debería existir un retraso entre la llegada de la luz y el momento en que los electrones adquieren la energía suficiente para salir. Tampoco se explicaba la existencia de la frecuencia umbral.

Teoría de Einstein

Einstein explicó el efecto fotoeléctrico aplicando a la luz el concepto de cuanto introducido por Planck. Según Einstein, "la luz o radiación no solo se emite en forma discontinua, sino que también se propaga en forma discontinua, es decir, la luz consta de un número entero de paquetes de energía o cuantos, fotones".

Interacción Fotón-Electrón

Si un fotón choca con un electrón situado en la superficie del metal, le comunica su energía de forma que puede suceder:

• a) Si E = hf es menor que W₀ (trabajo de extracción), el electrón no escapa del metal; no hay efecto fotoeléctrico.
• b) Si E es igual a W₀, el electrón recibe la energía justa para ser liberado del metal; sí hay efecto, pero la energía cinética (E_c) es cero.
• c) Si E es superior a W₀, sí hay efecto, y E_c es diferente de cero.

Conclusiones sobre el Efecto Fotoeléctrico

• La luz, o cualquier radiación electromagnética, está cuantizada con una energía que solo depende de la frecuencia de radiación.
• La intensidad de la corriente aumenta si aumentamos la intensidad de la radiación; el número de electrones emitidos es proporcional al número de fotones incidentes.
• Si incide una radiación de f > f₀ (frecuencia umbral), se arrancan los electrones con E_c.
• La energía cinética y la velocidad de los electrones solo dependen de la frecuencia de la radiación y no de su intensidad.
• Al aumentar la intensidad, con frecuencia constante, se emiten más electrones, pero con la misma E_c.
• Si disminuye la intensidad, disminuye el número de fotones y el número de electrones que pueden arrancarse.

Hipótesis de Broglie

De Broglie planteó que, al igual que la luz tiene un comportamiento dual, la materia también debería presentar esta doble naturaleza: "toda partícula en movimiento lleva asociada una onda, cuya longitud de onda viene dada por: λ = h/p", donde p es la cantidad de movimiento de la partícula.

Principio de Incertidumbre de Heisenberg

El principio de incertidumbre de Heisenberg establece que "es imposible conocer al mismo tiempo la posición y la cantidad de movimiento exactas de cualquier partícula".

Aplicaciones del Efecto Fotoeléctrico

Algunas aplicaciones importantes del efecto fotoeléctrico incluyen:

• Células fotoeléctricas
• Microscopio electrónico
• Láser

Fuerzas Nucleares

Fuerza Nuclear Fuerte

La fuerza nuclear fuerte es una fuerza atractiva de intensidad muy alta y corto alcance. No se manifiesta fuera del núcleo atómico.

Fuerza Nuclear Débil

La fuerza nuclear débil tiene un alcance aún menor que la fuerza nuclear fuerte y es responsable de la desintegración beta.