Publicación nueva actividad (19) UD5, Física del siglo XX, parte I, Introducción a la Física Cuántica, Física 2º bachillerato

Se ha publicado en la página correspondiente una nueva actividad (19) de la primera parte, Introducción a la Física Cuántica, de la unidad 5, Física del siglo XX, de la materia de Física de 2º de bachillerato.

La actividad está relacionada con el efecto fotoeléctrico y la teoría de Einstein que lo explica.

Efecto fotoeléctrico. Fenómeno que consiste en la emisión de electrones por una superficie (de un metal) cuando se la ilumina con luz u ondas electromagnéticas (OEM).
Descubierto por Hertz en 1887 (1888) en experiencias de producción de OEM.
Las descargas productoras de OEM son más intensas si se iluminan los electrodos (esferas) con luz ultravioleta, UV.
Hipótesis: emisión de electrones por iluminación (luz).
Más tarde se observó con luz visible en el cinc y los alcalinos.
Conclusiones
 La energía de los fotoelectrones es independiente de la intensidad de la luz (I).
 El número de fotoelectrones aumenta (proporcionalmente) al aumentar la I (aumento de la I de corriente).
 No hay retraso entre la llegada de la luz y la emisión de los fotoelectrones.
 Para cualquier intensidad luminosa, si su f es menor que fo (frecuencia umbral) no hay emisión (I = 0). fo es la frecuencia mínima para se produzca emisión.
 La energía máxima de los fotoelectrones (Emáx) es una función lineal de la frecuencia de la luz.
Interpretación con la teoría electromagnética, EM, clásica: no puede
 La energía está repartida por el frente de onda: Etotal = I · S (superficie electrodo).
 Para muchos electrones: poca energía para cada electrón y no puede ser arrancado.
 Debe haber cierto retraso entre llegada de la luz y emisión fotoelectrones debido a la poca cantidad de energía que recibe cada electrón.
 Serias dificultades para la teoría EM de la luz.
En 1905 el físico alemán Albert Einstein (1879-1955), a partir de la hipótesis de Planck, explica el efecto fotoeléctrico.
Sugiere: propagación de la luz también es discontinua (cuantos): naturaleza corpuscular en la propagación de la luz, así como en su interacción con la materia.
Explicación del efecto fotoeléctrico
Proceso instantáneo: electrón arrancado si el cuanto supera cierta energía mínima (trabajo de extracción, W, característico de cada sustancia).
Si h · f es menor que W no hay emisión de electrones: frecuencia umbral, fo, tal que h · fo = W luego fo = W/h.
E_incidente = E_umbral + Ec_máx
Si f es la frecuencia de la radiación incidente (f es mayor que fo), ecuación de Einstein del efecto fotoeléctrico:
E_inc= W + Ec_máx
h · f = h · f_o + Ec_máx
Gráfica Ec_máx frente a f: recta comienza en fo cuya pendiente es h.
Mayor intensidad luminosa mayor número de cuantos de energía: mayor número de fotoelectrones arrancados sin variar su energía.
Conclusión: la luz se emite, se absorbe y se propaga en forma de cuantos, gránulos o paquetes (forma discontinua o discreta). Cuantización de la luz y la energía.
Nueva teoría corpuscular: fuerte impulso para investigar la naturaleza de la luz (otra vez).