El efecto fotoeléctrico

En 1887, Heinrich Hertz descubrió el efecto fotoeléctrico después de observar que el arco que salta entre dos electrodos conectados a alta tensión alcanza distancias mayores, cuando se ilumina con luz ultravioleta que cuando se deja en la oscuridad. Un año después, Hallwachs hizo la importante observación de que al incidir sobre un cuerpo con carga negativa, la luz ultravioleta causaba la pérdida de su carga; pero no afectaba a un cuerpo con carga positiva. Diez años más tarde, J.J. Thompson y P. Lenard demostraron, de manera independiente, que la acción de la luz era la causa de la emisión de cargas negativas libres por la superficie del metal. Aunque no hay diferencia con los demás electrones, era usual denominar fotoelectrones a estas cargas negativas.

En 1905, mediante el uso de nuevos conceptos de la mecánica cuántica, Einstein supuso que la radiación incidente consistía en paquetes de energía localizada E = h*f que viajaba con la velocidad de la luz. De esta manera desarrolló la teoría del efecto fotoeléctrico. Cuando los fotones caen sobre una superficie metálica puede ocurrir lo siguiente:

1. Los fotones son reflejados de acuerdo con las leyes de la óptica.2. Los fotones desaparecen cediendo toda su energía para sacar los electrones.

En 1914, Millikan produjo la primera prueba experimental de la ecuación desarrollada por Einstein y, al mismo tiempo, efectuó la primera determinación fotoeléctrica de la constante de Planck. El valor aceptado de la constante es:

h=6.625 x10−34(J∗s)

Por este trabajo, Millikan fue galardonado con el Premio Nobel de 1927.

La letra h fue introducida por Planck en 1901. La primera confirmación experimental de la ecuación fotoeléctrica de Einstein ocurrió en 1912. Después, Millikan realizó una serie de experimentos que establecieron la ecuación fotoeléctrica de modo tan preciso que en la actualidad sus trabajos se consideran los que dan el valor más exacto de h.

Los principios básicos que rigen el efecto fotoeléctrico:

1. No hay emisión de electrones si la frecuencia de la luz incidente cae por debajo de la frecuencia de umbral f 0 , que es una característica del metal iluminado.

2. El efecto se observa si la frecuencia de la luz excede la frecuencia umbral y el número de fotoelectrones emitidos es proporcional a la intensidad de la luz; sin embargo, la energía cinética máxima de los fotoelectrones es independiente de la intensidad de la luz, lo cual es posible explicar con los conceptos de la física clásica.

3. La energía cinética máxima de los fotoelectrones se incrementa con el aumento de la frecuencia de la luz.

4. Los electrones de la superficie se emiten casi de manera instantánea, incluso a bajas intensidades.