Micro Clases de Castro
El Efecto Fotoeléctrico José Luis Castro Soto Licenciado en Química
Ciudad Bolívar, octubre de 2018
1
Micro Clases de Castro El Efecto FotoelĂŠctrico Por Lcdo. JosĂŠ Luis Castro
@jlcastro78
@jlcastros78
NÂş 14a
La explicaciĂłn teĂłrica a unos de los misterio en la fĂsica al efecto
El fĂsico alemĂĄn recibiĂł en
fotoelĂŠctrico fue hecha por Albert Einstein, quien
1921 el Premio Nobel
publicĂł en 1905 el artĂculo “HeurĂstica de la
en FĂsica, por su explicaciĂłn
generación y conversión de la luz�, basåndose en
del efecto fotoelĂŠctrico.
la teorĂa cuĂĄntica propuesta por Max Planck.
El efecto fotoelĂŠctrico, es un fenĂłmeno en el que los
No importaba quĂŠ tan intensa
electrones son expulsados desde la
fuera la luz, los electrones no se
superficie de ciertos metales que
liberaban hasta que la frecuencia
se han expuesto a la luz de al
no llegaba al umbral, es decir, a
menos determinada frecuencia
la frecuencia mĂnima necesaria de
mĂnima, y que se conoce como
radiaciĂłn incidente para sacar un
frecuencia umbral.
electrĂłn del metal.
Para entonces, la teorĂa de la onda de luz no podĂa explicar el efecto fotoelĂŠctrico.
Tomando como punto de partida la teorĂa cuĂĄntica propuesta por Max Planck. Einstein dedujo que cada partĂculas de
Pero Einstein partiĂł de
luz, ahora conocidos como fotones, debe
una extraordinaria
poseer una energĂa E, segĂşn la ecuaciĂłn:
hipĂłtesis al considerar
đ??¸ = â„Žđ?›ž
un rayo de luz como un torrente de partĂculas.
Donde: h = constante de Planck. đ?œ¸ = frecuencia de la luz.
Esto es QuĂmica,
Es importante destacar,
Amooo la QuĂmicaaa
que la ecuaciĂłn para la energĂa del fotĂłn tiene la misma forma que la ecuaciĂłn para la energĂa de un cuanto de energĂa.
Esto es porque la radiaciĂłn electromagnĂŠtica se emite
y se absorbe en forma de fotones.
2
Continuarå ‌
Micro Clases de Castro El Efecto FotoelĂŠctrico Por Lcdo. JosĂŠ Luis Castro
@jlcastro78
@jlcastros78
NÂş 14b
A c o nt i nuac iĂłn, c o no ceremos el a pa r a t o em pl ea d o pa r a est u d ia r el ef ec to f o t oel ĂŠctri co: Luz incidente
Para que el metal pueda emitir los electrones se necesita una luz con una frecuencia suficientemente alta.
El equipo consistiĂł en un tubo de vidrio o cuarzo
La luz incidente sobre el metal,
donde se ha hecho vacĂo, el cual contiene una placa metĂĄlica (cĂĄtodo),
puede compararse con la descarga de un haz de partĂculas (fotones)
Metal
sobre los ĂĄtomos del metal.
conectada a la terminal negativa de una baterĂa.
En este sentido, si la frecuencia de los fotones, sobre el metal, es de una magnitud tal que â„Žđ?›ž es igual a la energĂa de enlace de los electrones en el metal, entonces la luz tendrĂĄ suficiente energĂa para emitirlos. Fuente de
Medidor
voltaje
Fuente: Chang, R., & Goldsby, K. A. (2013). QuĂmica (UndĂŠcima ed.). MĂŠxico D. F., MĂŠxico: McGraw Hill / Interamericana, S. A. de C.V. L a ec u a ci Ăłn a nt er i or pu ed e reesc ri bi rse c o m o: Esto es, con una mayor frecuencia los electrones no sĂłlo
đ??žđ??¸ = â„Žđ?›ž − đ?‘Š
serĂĄn emitidos, tambiĂŠn adquirirĂĄn cierta energĂa cinĂŠtica.
â„Žđ?›ž = đ??žđ??¸ + đ?‘Š
Puesto que, cuanto mĂĄs energĂŠtico sea el fotĂłn (es decir, cuanto mayor
Donde: h = constante de Planck đ?œ¸ = frecuencia de la luz KE = energĂa cinĂŠtica del electrĂłn emitido W = funciĂłn del trabajo
sea su frecuencia), mayor serĂĄ la energĂa cinĂŠtica del electrĂłn emitido.
Esto es QuĂmica, Para concluir, el cĂĄtodo (fotocĂĄtodo) atrae los
Amooo la QuĂmicaaa
electrones expulsados, permitiendo detectar el paso de una corriente elĂŠctrica.
Continuarå ‌
3
Micro Clases de Castro El Efecto Fotoeléctrico Por Lcdo. José Luis Castro
@jlcastro78
Co nsi d eremos d o s r a yo s d e l u z q u e t i enen l a m i sm a f r ec uenci a (m eno r q u e l a f r ec u enci a u m b r a l) per o d i f er entes i nt ensi d ad es . Muy intensa
Nº 14c
A ho r a c o nsi d er emos d o s r a yo s d e l u z q u e t i enen l a m i sm a f r ec u enci a ( m a yor q u e l a f rec u enc ia u m b ra l) per o d i f er entes i nt ensi d ad es.
No importaba, que tan intensa era la luz,
Poco intensa
@jlcastros78
Muy intensa
Poco intensa
El rayo de luz más intenso
los electrones no se liberan hasta
consta de un mayor
que la frecuencia de la radiación
número de fotones, por
incidente sea igual a la
consiguiente, emite más
frecuencia umbral.
electrones de la superficie
Sin efecto (no extraen electrones)
Con efecto (extrae pocos electrones)
En ese sent i d o, el po t a si o nec esi ta 2 ,0 eV pa r a d espr end er u n el ec tr ón
del metal que el rayo de luz más débil.
Así que cuanto más intensa sea la luz, mayor será
700 nm 1,77eV
el número de electrones emitidos por el metal.
400 nm 3,1eV
500 nm 2,257eV
Con efecto (extrae muchos electrones)
Y, de igual manera a mayor frecuencia de la luz, mayor energía cinética de los electrones emitidos. L a t eo rí a d e Ei nst ei n a c er c a d e l a l u z si g ni f i có u n d i l em a pa r a l o s c i ent í fico s.
La única forma de resolver este dilema, era aceptar la
idea de que la luz posee propiedades tanto de partícula
Por un lado, dicha teoría explicaba satisfactoriamente el efecto fotoeléctrico.
como de onda. Pero, por el otro, la teoría de partícula de la
luz no era consistente
La luz como un fenómeno ondulatorio
con su comportamiento de onda.
Este concepto dual se apartaba en forma
La luz como un haz de partículas
Esto es Química, Amooo la Químicaaa
radical de lo que pensaban los físicos sobre la materia y la radiación, y tomó mucho tiempo para que se aceptara.
4
En la próxima Micro Clase, estudiaremos la Teoría del Átomo de Hidrogeno de Bohr. Hasta Luego…
Bibliografía consultada • Chang, R., & Goldsby, K. A. (2013). Química (Undécima ed.). México D. F., México: McGraw Hill / Interamericana, S. A. de C.V. • Mahan, B. (1977). Química, Curso Universitario. (segunda ed.). México D. F., México: Fondo Educativo Interamericano, S. A. de C.V.
5 5