Ondas Electromagnéticas y el Efecto Fotoeléctrico

Ondas Electromagnéticas

Las ondas electromagnéticas consisten en la propagación de energía por el espacio mediante oscilaciones (vibraciones) de campos eléctricos y magnéticos. Son producidas por cargas eléctricas aceleradas.

• Una onda, o movimiento ondulatorio, consiste en la propagación de una vibración a través del espacio.
• Una onda transporta energía, pero no materia: la oscilación de una carga eléctrica produce una onda electromagnética que transporta energía.
• La energía se propaga a una velocidad constante, siempre que el medio se mantenga uniforme. Las ondas electromagnéticas se propagan en el vacío a una velocidad constante c = 3 ·10⁸ m/s.

Magnitudes Características de las Ondas:

• Amplitud (A): Valor máximo de la vibración.
• Periodo (T): Tiempo que tarda en producirse una oscilación completa.
• Frecuencia (υ): Número de oscilaciones por segundo. Es la inversa del periodo.
• Longitud de onda (λ): Distancia recorrida por la onda durante un periodo.

La energía que transmite la onda electromagnética es proporcional a la frecuencia (e inversamente proporcional a la longitud de onda). A mayor frecuencia (menor λ), mayor energía transmite la onda.

Introducción a la Mecánica Cuántica

1. Postulados de Planck:

• La energía no se emite de forma continua, sino discreta, es decir, "concentrada" en cuantos o paquetes de energía.
• La energía correspondiente a un cuanto depende de la frecuencia de vibración de los átomos del material. Viene dada por la expresión E = h ⋅ υ.

2. Efecto Fotoeléctrico:

Este fenómeno consiste en la emisión de electrones por parte de un metal cuando sobre él incide radiación electromagnética. Einstein se basó en la teoría cuántica de Planck y sugirió que la luz estaba formada por cuantos de energía, a los que llamó fotones, cuya energía es E=h·f y que eran las partículas portadoras de la energía de la onda electromagnética.

Conclusiones:

1. El trabajo necesario para arrancar un electrón de la superficie metálica es el resultado del producto de la constante de Planck por la frecuencia umbral: W_e=h·f_o.
2. Como la energía de los fotones de la luz incidente puede ser mayor que el trabajo de extracción, la energía en exceso será la energía cinética que adquirirá el electrón una vez extraído de la superficie metálica. La energía cinética depende de la frecuencia de la luz incidente y umbral.
3. Cuando aumenta la intensidad del haz luminoso, aunque sea mayor el número de fotones que llegan a la superficie y el número de electrones arrancados, la energía cinética no aumenta: E_fotón=W_e+E_c.
4. Si se produce el efecto fotoeléctrico, los electrones son emitidos casi instantáneamente.