3.2. Efecto fotoeléctrico En 1888 Heinrich Hertz descubrió que cuando una luz incide sobre ciertas superficies metálicas, estas emiten electrones. Esta emisión cumple una serie de características: ● La emisión de electrones solo se produce cuando se alcanza una frecuencia mínima denominada frecuencia umbral, f0. Por debajo de esa frecuencia, que es característica para cada metal , no se produce emisión de electrones. ● La velocidad de los el ectrones emitidos solo depende de l a frecuencia de la radiación incidente y no de su intensidad . De la intensidad sí depende el número de electrones emitidos. ● No exi st e un ti empo de retraso entre l a l l egada de l a radi ación incidente y la emisión de electrones. La física clásica no explicaba estas características, sobre todo la necesidad de una frecuencia mínima . Con objeto de buscar una explicación : Albert Einstein propuso en 1905 que la luz está constituida por una serie de partículas elementales, denominadas fotones, cuya energía viene dada por la ecuación de Planck: E = h ? f f es la frecuencia de la luz incidente. El funcionamiento de una célula fotoeléctrica se basa en el efecto fotoeléctrico. Entre el ánodo y el cátodo hay una pequeña diferencia de potencial para que los electrones que se arrancan sigan el camino de la corriente. Cuando el cátodo se ilumina con luz de energía mayor que el valor correspondiente a la frecuencia umbral , se arrancan electrones que llegan al ánodo. La intensidad de corriente producida es proporcional a la intensidad de la luz, lo que indica que cada fotón de la luz arranca un electrón. La energía con la que sale «despedido» cada electrón depende de la energía del fotón incidente. Electrones Luz Metal Ánodo Cátodo El miliamperímetro indica inmediatamente que hay paso de corriente. E J E M P LO R E S U E LTO 8 ¿Qué energía tiene un fotón de luz roja de 700 nm de longitud de onda? ¿Y un mol de fotones? Datos: c = 2,998 ? 108 m ? s-1; NA = 6,022 ? 1023; h = 6,626 ? 10-34 J ? s. Según la hipótesis de Planck, la energía de un cuanto viene dada por la expresión: E = h ? f. Ten en cuenta que f c l = , sustituye en la expresión de la energía de un cuanto para tenerla en función de l: ? ? E h f h c l = = . Sustituye los valores y opera. La energía de un fotón de luz roja, Er, es: ? ? ? ? ? ? ? E h c 6,626 10 J s 700 10 m 2,998 10 s m 2,838 10 J r r 34 9 8 19 l = = = - - - Usa el número de Avogadro. La energía de 1 mol de fotones será: ? ? ? ?mol E(1 mol) 1 fotón 2,838 10 J 1 mol 6,022 10 fotones 1,709 10 J 1 19 23 5 $ = = - - A Albert Einstein se le concedió el Premio Nobel de Física por la explicación del efecto fotoeléctrico y no por su conocida teoría de la relatividad . 3. Orígenes de la teoría cuántica 14
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