Efecto fotoelctrico

Hertz e 1887 descubrió que al incidir luz de cierta frecuencia (normalmente ultravioleta) sobre la superficie de un metal, éste emite electrones.

Teoria de Einstein del efec fotoelectrico

Para resolver estas dificultades, Einstein propuso la siguiente explicación del efecto fotoeléctrico basada en la teoría cuántica de Planck:
1- La radiación electromagnética no sólo se emite y se absorbe de forma discontinua sino que también se propaga así, esto es, se propaga en forma de cuantos de energía.
3- A la energía de un cuanto de radiación le denominó fotón, siendo su energía E = h · f siendo h la constante de Planck y f su frecuencia.
2- El efecto fotoeléctrico no es colectivo, sino que se lleva a cabo mediante una interacción individual fotón-
electrón, esto es, cuando un fotón interacciona con un electrón le cede su energía que el electrón la usa para romper la ligadura que le une al metal.
4- Si la energía del fotón incidente es superior a la energía de ligadura del electrón al metal, este escapa del metal con cierta energía cinética.

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Así cada fotón con frecuencia igual a la frecuencia umbral tiene una energía E = h · f0 que es la energía mínima necesaria para que un electrón sea arrancado del metal. A esta energía mínima se le denomina función trabajo o trabajo de extracción (We = h · f0 ). Por tanto la energía cinética máxima de los electrones emitidos (fotoelectrones) cuando sobre un metal incide luz de frecuencia mayor a la frecuencia umbral viene dada por la ecuación: (Ec)max = h · f – h · f0 = h · f – We. A esta ecuación se le denomina ecuación de Einstein del efecto fotoeléctrico.

La dualidad onda – corpusculo

Como hemos visto en la lección anterior, la luz tiene una doble naturaleza: ondulatoria o corpuscular, según el tipo de fenómeno, se manifiesta de una o de otra forma pero nunca en un fenómeno se manifiesta con doble naturaleza. Por lo general la luz se manifiesta como una onda cuando se propaga y como un corpúsculo (fotón) cuando interfiere con la materia. Así, las magnitudes características de la luz cuando se manifiesta como una onda son su frecuencia y su longitud de onda (c = λ · f); cuando lo hace como corpúsculo, las magnitudes características son su energía y su momento lineal (E = p · c) siendo p (p = m · v) el momento lineal o cantidad de movimiento). La relación entre las dos naturalezas de la luz viene dada por la ecuación: λ = h/p De Broglie generalizó la naturaleza dual de la luz a cualquier partícula, enunciando su hipótesis: “Toda partícula en movimiento tiene una onda asociada cuya longitud de onda viene dada por la expresión: λ = h/m · v, siendo m la masa de la partícula, v su velocidad y h la constante de Planck. Esta hipótesis fue comprobada mediante diagramas de dispersión de electrones.

Física cuantica

Con la física cuántica tuvo que crearse una nueva mecánica que implicase nuevos procesos de medida sobre los sistemas microscópicos. Investigando sobre estos procesos de medida HEISEMBERG concluyó que: “En el mundo microscópico es imposible realizar una medición sin modificar la situación de partida del sistema: medir es perturbar”. Es por ello, por lo que enunció su principio: 1. Es imposible medir de forma exacta y al mismo tiempo la posición y la velocidad de una partícula microscópica. El producto de los errores en la posición y en la velocidad que se comenten en las medidas es mayor que cierta cantidad: ∆x · ∆px ≥ h/4·π 2. No es posible medir de forma exacta y al mismo tiempo la energía intercambiada en un proceso y
su duración: ∆E · ∆t ≥ h/4·π A diferencia de la mecánica clásica, la mecánica cuántica no es determinista, no podemos predecir de forma absoluta lo que sucederá en un futuro, hablamos pues de una mecánica basada en medidas de probabilidad. La base de la mecánica cuántica ondulatoria es la ecuación de SCHRÖDINGER que asocia a cada partícula una función de onda cuya solución nos permite calcular la probabilidad de encontrar a una partícula en una posición del espacio.

Modelo atomico de Borh

 La radiación térmica contiene, en mayor o menor intensidad, todas las longitudes de onda por lo que su espectro es continuo (así son los espectros de las estrellas). Sin embargo, a nivel atómico, los átomos cuando emiten de forma individual energía lo hacen a unas determinadas longitudes de onda que son características de cada elemento, esto es, el espectro es discontinuo. El espectro de emisión del hidrógeno lo corrobora: aparecen en el espectro del hidrógeno una serie de líneas agrupadas en series. El modelo atómico de Bohr también corrobora que la energía en el átomo está cuantizada. Así, Bohr postula que el único electrón del átomo de hidrógeno gira en órbitas circulares en torno al núcleo y mientras el electrón esté en estas órbitas no emite ni absorbe energía, esto es, son órbitas estacionarias. Esto conlleva que electrón no puede estar en cualquier posición alrededor del núcleo sino en unas determinadas órbitas. Podrá saltar de una a otra superior mediante la ganancia de energía proporcionada por un fotón; y al revés, bajará a otra órbita emitiendo un fotón. Las órbitas del átomo de Bohr en definitiva están cuantizadas y la energía en ellas viene dada por la ecuación E = E0/n. Cuando n = 1 el electrón está en el estado fundamental con una energía igual a E 0. Los siguientes valores de n nos proporciona la energía cada vez mayor de los estados excitados.