Cómo los físicos resolvieron el efecto fotoeléctrico de la luz
El efecto fotoeléctrico fue uno de los muchos resultados experimentales que formaban una crisis de la física clásica alrededor de la vuelta del siglo 20. También fue uno de los primeros éxitos de Einstein, y proporciona la prueba de la cuantización de la luz. Esto es lo que sucedió.
Video: QUIMICA Estructura de la materia El efecto fotoeléctrico
Al brillar la luz sobre el metal, como la figura de arriba muestra, se obtiene electrones emitidos. Los electrones absorben la luz brillar, y si tienen suficiente energía, que son capaces de liberarse de la superficie del metal. De acuerdo con la física clásica, la luz es sólo una onda, y se puede intercambiar cualquier cantidad de energía con el metal. Cuando la luz del haz en una pieza de metal, los electrones en el metal debe absorber la luz y poco a poco reunir la energía suficiente para ser emitida por el metal. La idea era que si se va a brillar más luz sobre el metal, los electrones deben ser emitidos con una energía cinética superior. Y la luz muy débil no debe ser capaz de emitir electrones en todos, excepto en cuestión de horas.
Pero eso no es lo que pasó - electrones se emitieron tan pronto como alguien brillaba luz sobre el metal. De hecho, no importa cuán débil es la intensidad de la luz incidente (y los investigadores intentaron experimentos con una luz tan débil que no debería haber tomado horas para llegar a cualquier electrones emitidos), se emiten electrones. Inmediatamente.
Los experimentos con el efecto fotoeléctrico mostraron que la energía cinética, K, de los electrones emitidos dependía sólo de la frecuencia - no la intensidad - de la luz incidente, como se puede ver en esta figura.
En la figura,
que se llama el frecuencia umbral, y si brillar la luz con una frecuencia por debajo de este umbral en el metal, no se emiten electrones. Los electrones emitidos proceden de la piscina de electrones libres en el metal (todos los metales tienen una piscina de electrones libres), y hay que suministrar estos electrones con una energía equivalente a la función de trabajo del metal, W, para emitir los electrones desde el metal de superficie.
Video: FISICA Efecto fotoelectrico BACHILLERATO energia cinetica trabajo extraccion
Los resultados eran difíciles de explicar clásicamente, por lo que entraron Einstein. Este fue el comienzo de su apogeo, alrededor de 1905. Animados por el éxito de Max Planck, Einstein postuló que no sólo se cuantifican los osciladores pero también lo era la luz - en unidades discretas llamadas fotones. Luz, sugirió, actuó como partículas, así como olas.
Así, en este esquema, cuando la luz incide en una superficie de metal, los fotones chocan con los electrones libres, y un electrón absorbe por completo cada fotón. Cuando la energía,
del fotón es mayor que la función de trabajo del metal, el electrón se emite. Es decir,
donde W es función de trabajo del metal y K es la energía cinética del electrón emitido. Resolviendo para K le da la siguiente:
La función de trabajo se puede expresar en términos de la frecuencia umbral,
También puede escribir esto en términos de la frecuencia umbral de esta manera:
Video: Energía del fotón E = hf | Física | Khan Academy en Español
Así que al parecer, la luz no es sólo una onda también se puede ver como una partícula, el fotón. En otras palabras, la luz se cuantifica.