FÍSICA: ONDAS Y PARTÍCULAS: Ondas que son partículas - 1ª parte
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Física

LA LUZ Y LA ÓPTICA

Ondas que son partículas - 1ª parte


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El efecto fotoeléctrico

urante sus experiencias sobre producción y detección de ondas electromagnéticas, Hertz fue el primero en observar que cuando una lámina de cinc se ilumina con luz ultravioleta se carga eléctricamente. Este fenómeno fue observado posteriormente en otros metales utilizando luz visible y recibió el nombre de efecto fotoeléctrico.

Desde el punto de vista de la física clásica la explicación del efecto fotoeléctrico parecía sencilla. Las ondas luminosas transportan energía que pueden comunicar a los átomos situados en la superficie de estos metales y acumularse en los electrones, aumentando su agitación. Cuando ésta sea suficiente, el electrón escapará del metal y éste quedará cargado positivamente.

Sin embargo, un estudio experimental detallado del efecto fotoeléctrico revelaría pronto que esta explicación no daba cuenta de los hechos observados. El dispositivo empleado permitía frenar a voluntad los electrones emitidos por la superficie metálica iluminada y determinar así su energía cinética. Para un potencial de frenado V dado, un miliamperímetro medía la corriente de electrones en el circuito. Los resultados obtenidos fueron los siguientes:

a. Para cada metal existe una frecuencia crítica de la luz incidente o frecuencia umbral fo por debajo de la cual ningún electrón es emitido cualquiera que sea la intensidad luminosa empleada. Así, por ejemplo, si se elige una placa de cinc y se ilumina con luz roja intensísima, el miliamperímetro no detecta efecto alguno. Sólo cuando se emplea luz ultravioleta es posible provocar en el cinc el efecto fotoeléctrico.

b. Por encima de esta frecuencia umbral la energía cinética de los electrones emitidos por el metal, o fotoelectrones, aumenta linealmente con la frecuencia de la radiación empleada, siendo independiente de la intensidad. Si la frecuencia umbral corresponde al infrarrojo, una luz azul tenue (mayor frecuencia y menor intensidad) arrancaría electrones más energéticos que otra de color rojo brillante (menor frecuencia y mayor intensidad).

c. La intensidad luminosa afecta únicamente al número de electrones emitidos. Por encima de la frecuencia umbral, cuanto mayor sea la intensidad de la luz empleada, mayor es el número de fotoelectrones emitidos.

d. La iluminación de la superficie metálica y la emisión de fotoelectrones son simultáneos, sin que se observe un retraso apreciable entre ambos fenómenos. La física clásica y particularmente la teoría ondulatoria de la luz no podía explicar tales resultados. La magnitud que da idea de la energía de una onda es su intensidad, de modo que aumentando suficientemente la intensidad de luz en cualquier color debería producirse el fenómeno; sin embargo, tal predicción no fue observada.

Por otra parte, cálculos realizados según la física clásica indicaban que para que un electrón del metal lograse acumular la energía necesaria para ser arrancado de su átomo correspondiente debería transcurrir una cantidad de tiempo importante; no obstante la iluminación y la emisión del fotoelectrón se presentaban sin retraso apreciable.


Mediante un dispositivo como el de la figura es posible estudiar el efecto fotoeléctrico y determinar el valor mínimo de la tensión de frenado que impide que aparezca corriente en el circuito.

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