El Efecto Fotoeléctrico

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Micro Clases de Castro

El Efecto Fotoeléctrico José Luis Castro Soto Licenciado en Química

Ciudad Bolívar, octubre de 2018

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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.

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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 ℎ� es igual a la energía de enlace de los electrones en el metal, entonces la luz tendrå suficiente energía 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 ‌

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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.

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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.

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