Efecto fotoelctrico

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Efecte fotoelèctric
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  Einstein Albert Einstein (14 de marzo de 1879
18 de abril de 1955), nacido en Alemania y
nacionalizado estadounidense, es uno de los
científicos más conocidos y trascendentes del
Siglo XX. Saltó a la fama mundial en el año 1905
al publicar su Teoría de la Relatividad especial.
En ella incorporó, en un marco teórico simple y
con base en postulados físicos sencillos,
conceptos y fenómenos estudiados anteriormente
por Henri Poincaré y Hendrik Lorentz. En 1916
presentó la Teoría de la Relatividad general, en
la que reformula por completo el concepto de
gravedad. Una de las consecuencias fue el
surgimiento del estudio científico del origen y
evolución del Universo por la rama de la física
denominada Cosmología. Probablemente, la ecuación
de la física más conocida a nivel popular es la
expresión matemática de la equivalencia masa -
energía, Emc2, deducida por Einstein como una
consecuencia lógica de la relatividad
especial. Obtuvo el Premio Nobel de Física en
1921 por su explicación del efecto fotoeléctrico,
una de las bases iniciales de la mecánica
cuántica.
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Interpretación cuántica del efecto fotoeléctrico
La electricidad es un flujo de electrones, de
carga negativa que rodean al núcleo atómico. El
hecho de que tales flujos eléctricos pudieran ser
producidos en algunos materiales por la
incidencia de luz era un misterio, pero Einstein
descubrió que en determinadas circunstancias los
fotones, es decir, las partículas de luz,
golpeaban a los electrones de un material hasta
liberarlos del yugo de sus átomos, permitiéndoles
correr libres en forma de corriente
eléctrica. Los fotones de luz tienen una energía
característica determinada por la longitud de
onda de la luz. Si un electrón absorbe la energía
de un fotón y tiene mayor energía que la función
de trabajo del núcleo, es decir, si el fotón
tiene mayor energía que la que une al electrón
con el átomo, entonces el electrón puede ser
extraído del material. Si la energía del fotón es
demasiado pequeña el electrón es incapaz de
escapar de la superficie del material. Los
cambios en la intensidad de la luz no cambian la
energía de sus fotones, tan sólo su número y por
lo tanto la energía de los electrones emitidos no
depende de la intensidad de la luz incidente. Los
electrones siguen por lo tanto un principio de
"todo o nada" en el sentido de que toda la
energía de un fotón es utilizada para liberar un
electrón de su enlace atómico o la energía del
fotón es reemitida. Si el fotón es absorbido
parte de la energía se utiliza para liberarlo del
átomo y el resto contribuye a dotar de energía
cinética a la partícula libre. Finalmente para
que el material fotoeléctrico produzca
electricidad ante la incidencia de luz solar, es
necesario el uso de un circuito eléctrico por el
que fluirán los electrones liberados del material
fotoeléctrico.
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Formulación matemática
Para analizar el efecto fotoeléctrico
cuantitativamente utilizando el método derivado
por Einstein es necesario plantear las siguientes
ecuaciones Energía de un fotón absorbido
Energía necesaria para liberar 1 electrón
energía cinética del electrón emitido. Algebraicam
ente
donde h es la constante de Planck, f0 es la
frecuencia de corte o frecuencia mínima de los
fotones para que tenga lugar el efecto
fotoeléctrico, W es el trabajo de extracción o
función de trabajo, o mínima energía necesaria
para liberar un electrón de su enlace con el
átomo y Ecmas es la máxima energía cinética de
los electrones que salen del metal.      Nota
Si la energía del fotón (hf) no es mayor que la
función de trabajo (W), ningún electrón será
emitido.
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Exercicis
1.     Una radiación de luz ultravioleta de 3.500
A de longitud de onda ( 1A10-10 m),  incide
sobre una superficie de potasio. Si el trabajo de
extracción de un electrón del potasio es de 2 eV,
calcula a) La energía por fotón de la radiación
incidente.  b) La energía máxima de los
electrones extraídos. c) La velocidad máxima de
esos electrones. Solución a) Energía incidente
por fotón E hf h c/ ?  6610-34 . 3108 /
3.500 .10 -10 5710-19 J Si 16 .10-19 julios
1eV , E 5710-19 / 16 .10-19 3,6 eV Así,
la energía del fotón en eV. es de 36 eV. b)
Aplicando  E W hf- hfo Ecmax ½ m v2
Resulta que la energía máxima del fotoelectrón 
36 2 16 e.V. c) La velocidad máxima la
calculamos aplicando ½ m v2  Ecmax  ½
9110-31 v2 16( 1610-19), ya que tenemos
que pasar de nuevo a J Vmax 75 105 m/s
6
2.-
Fixat bé que la notació varia una mica F és el
treball dextracció, W.
7
3.-
4.-
10-7 m
10-7
En aquest cas, la K és lenergia cinètica i F el
treball dextracció, W