7/26/2019 Albert Einstein y El Efecto Fotoelectrico

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ALBERT EINSTEIN Y EL EFECTO FOTOELECTRICO

A Finales del siglo XIX, haba otro fenmeno que no se poda explicar adecuadamente (al igual

que la radiacin del cuerpo negro) y consista en lo siguiente

!i se coge un tro"o de metal y se hace incidir lu" sobre #l, a $eces la lu" es capa" de arrancar

electrones del metal y, debido a ello, producir una corriente el#ctrica% !e le denomin efecto

fotoelctrico, es decir, electricidad producida por lu"% &l problema era que este fenmeno solo

suceda 'a $eces%

&l ra"onamiento que seguan los tericos de esa

#poca, basndose en las leyes clsicas del

electromagnetismo fue *a lu" transporta energa y

cuando la lu" choca contra el metal, esta le

trans+ere energa% !i esta energa es su+ciente

para arrancar los electrones, entonces se producir

el efecto fotoel#ctrico% or otro lado, si la energa

que incide sobre el metal no es su+ciente para

arrancar los electrones% or lo tanto, si yo hago

incidir sobre el metal una lu" pro$eniente de unabombilla tenue, no se producir el efecto

fotoel#ctrico, pero si aumento la potencia de la

bombilla mil $eces, debera de producirse el efecto%

ero esto no suceda% *os experimentos mostraron que si la bombilla tenue no era capa" de

producir el efecto fotoel#ctrico, no importaba cuanto ms se aumentase la potencia de la

bombilla, mil, die" mil , un milln de $eces, los electrones no se liberaban% -ambi#n ocurra que s

la bombilla era capa" de arrancar los electrones del metal, se poda disminuir su potencia al

mnimo y aun as la bombilla segua siendo capa" de producir el efecto fotoel#ctrico (en menor

cantidad que antes, pero toda$a los liberaba)%

Ante la carencia de lgica que expresaban los resultados, los cient+cos llegaron a una

conclusin absurda, que consideraron totalmente inaceptable el factor que decida si se

arrancan los electrones o no, era el color de lu" de la bombilla (en un lengua.e ms t#cnico, el

efecto fotoel#ctrico dependa de la frecuencia de la lu")% ara entender esto tomemos e

siguiente caso se tiene una bombilla cuyo color podemos $ariar siguiendo los colores de

espectro de lu" $isible (colores del arcoris)% / a un metal le comen"amos a incidir lu" ro.a, la cual

$ariaremos hasta el $ioleta% 0bser$aremos que al inicio no se produce el efecto fotoel#ctrico,

pero cuando llegamos al color amarillo $emos que los electrones comien"an a liberarse y si

seguimos cambiando el color hasta llegar al $erde, los electrones se siguen liberando, y si

continuamos, al llegar al $ioleta, el efecto se seguir produciendo% ero no en todos los metalesocurra lo mismo, en algunos, los electrones se liberaban en el ro.o, otros en el a"ul, otros solo en

el $ioleta y as% &ntonces se concluy que el efecto fotoel#ctrico dependa del material sobre el

que se incide lu", de la frecuencia de la lu" y no de la intensidad de lu"% 1on esto 2ltimo, no se

quiere decir que la intensidad de lu" no inter$ena, si lo haca, pero no era un factor que

produ"ca la liberacin de electrones% *a intensidad solo se encargaba de liberar mayor o menor

cantidad de electrones, una $e" que se consegua producir el efecto fotoel#ctrico3 !in embargo,

incluso esto no enca.aba con la teora clsica aumentaba el n2mero de electrones arrancados (la

intensidad de la corriente),pero no la energa de cada electrn(el $olta.e de la corriente), que

era absolutamente igual para la lu" amarilla independientemente de la intensidad% &s decir, si la

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lu" amarilla produca electrones con una determinada energa cada uno, multiplicar la intensidad

de la lu" por cien haca que salieran cien $eces ms electrones del metal,pero todos con la

misma energa que cuando salan menos%

/ eso no era todo, la frecuencia (el color) de la lu" no slo determinaba si se produca el efecto o

no% Adems, la energa de cada electrn (que ya hemos dicho no dependa de la

intensidad) aumentaba segn la frecuencia de la luz aumentaba% &s decir, que si se usaba lu"

a"ul, los electrones tenan ms energa que si se usaba lu" amarilla%

*a solucin a este fenmeno, utili"ando la hiptesis de lanc4,

la dio Albert Einstein, que en 5678 publica su explicacin

del efecto fotoel#ctrico, ba.o el siguiente ra"onamiento

Si los pequeos osciladores que componen la materia solo

pueden tener unas energas determinadas, que son

proporcionales a la constante de Planck y la frecuencia con la

que oscilan. !mo ser" la energa que absorben y emiten

estos osciladores# Si sabemos que la luz, despus de todo,

sale de estos osciladores. $na bombilla, por e%emplo, brilla

porque los osciladores del &lamento est"n muy calientes ydesprenden energa electromagntica. Pero si los osciladores

est"n perdiendo energa, no pueden perderla arbitrariamente

y continuamente, sino que deben de liberar su energa

discretamente, siendo todas estas cantidades discretas de

energa mltiplos de un mnimo 'alor energtico, que

llamaremos cuanto de luz

&sto, aunque en un inicio fue muy pol#mico, es lgico, si los osciladores solo pueden presentar

ni$eles discretos de energa (como lo propuso lanc4), la energa que emitan tambi#n debe de

estar cuanti"ada, al igual que su fuente de origen% &instein no utili" la palabra fotn para

referirse al cuanto de lu", sino fue 9ilbert *e:is que en 56;< acu=ara este t#rmino%

Al tratar el efecto fotoel#ctrico en funcin de fotones, todo tiene sentido

*a lu" que llega al metal est compuesta de fotones y cada uno de estos fotones tiene una

energa proporcional a la constante de lanc4 y la frecuencia de radiacin% !i la lu" es muy

intensa, hay muchos fotones3 y si la lu" aumenta o disminuye su frecuencia pero no su

intensidad, habr el mismo n2mero de fotones, pero cada uno de ellos con mayor o menor

energa% &l efecto se produce cuando uno de los fotones llega al metal y choca con el electrn, e

fotn le trans+ere su energa y si esta energa es su+ciente para liberarlo del metal, entonces se

produce el efecto fotoel#ctrico3 y si no es su+ciente, no se obser$a fenmeno alguno, porque el

electrn no absorber al fotn, y este continuar su camino y probablemente acabar

trans+ri#ndole su energa a alg2n otro oscilador, haci#ndolo $ibrar ms rpidamente y producto

de ello calentar al metal% >e manera que debido a la cuanti"acin de la energa y la materia, la

interaccin se produce entre fotn y el electrn, no entre toda la lu" y el metal%

!i la lu" presenta una frecuencia muy alta, el fotn presentar tambi#n una ele$ada energa, y a

llegar al electrn, su energa ser absorbida y una parte de ella se utili"ar en liberar al electrn

y el resto se $ol$er energa cin#tica, aumentando as la $elocidad de salida de los electrones

liberados%

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Albert &instein recibi el remio ?obel en 56;5 por su explicacin del efecto fotoel#ctrico% ero si

la lu" est hecha de peque=os paquetes, @por qu# la $emos de forma continua !i bien es cierto

nadie $e 'pedacitos de lu", y esto se debe a que estos 'pedacitos son demasiado peque=os

&.emplo cuando nos llega la lu" del sol, por segundo nuestro o.o recibe unos $einte trillones de

fotones, ;7%777%777%777%777%777%777 fotones, de manera que es imposible darse cuenta que es

un 'goteo de fotones y no un 'chorro 'continuo como se puede apreciar%

!i bien la solucin de &instein, explicaba perfectamente el efecto fotoel#ctrico, gener preguntas

ms difciles de responderB @era la lu" una onda o una partcula, si la lu" est compuesta porpartculas @or qu# presenta los fenmenos de difraccin, reCexin e interferencia, que son

caracterstico de las ondas