| A finales del s. XIX, en 1887, Heinrich Hertz se afanaba por demostrar empíricamente la existencia de las ondas electromagnéticas que había postulado veinte años antes el magnífico científico James Clerk Maxwell y, durante esos experimentos, descubrió un fenómeno inquietante que no pudo explicar y que consistía en que la chispa que saltaba entre dos esferas cargadas se hacía más intensa si se iluminaba una de ellas con luz ultravioleta. |
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Hay que tener en cuenta que este fenómeno fue estudiado poco después de por Philipp Lenard de manera sistemática y llegó a conclusiones que chocaban frontalmente con los postulados de Maxwell en cuanto a la interacción de la radiación electromagnética con la materia. Parecía claro que la teoría ondulatoria de la luz no era capaz de explicar este fenómeno que se llamó «fotoeléctrico».
Es la propiedad que tienen algunos materiales de liberar electrones cuando una luz incide sobre ellos.
¿Y si la luz es corpuscular?
Fue Isaac Newton quien propuso esta teoría para la luz en 1704. Según este modelo, la luz está formada por infinidad de partículas diminutas perfectamente elásticas que se desplazan a una velocidad enorme y en línea recta. Este modelo explicaba satisfactoriamente los fenómenos de propagación rectilínea de la luz y el de la reflexión. Newton también fue capaz de buscar una explicación al fenómeno de la refracción, achacando la diferencia de velocidad en distintos medios a la interacción gravitatoria de las partículas de luz con las partículas del medio, aunque esa explicación no era demasiado consistente con algunos hechos observados.
Einstein logró explicarlo
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Albert Einstein (1879- 1955) hizo contribuciones a la ciencia, la tecnología y los avances sociales de una importancia crucial. En 1905, con 26 años, publicó su teoría de la relatividad especial, en la que dedujo la ecuación que relaciona la masa con la energía y que has visto escrita muchas veces: \[\color[RGB]{192,0,0}{\bf{E = m\cdot c^2}}\] Ese mismo año publicó otros trabajos muy importantes para la física estadística y la mecánica cuántica, como la explicación del efecto fotoeléctrico. Diez años después, en 1915, publicó su teoría de la relatividad general, en la que redefine la interacción gravitatoria y abre la posibilidad de entender el origen del universo, dando lugar a una nueva rama de la física que llamamos cosmología. lo que este genio fue capaz de hacer es bastante complicado, pero puedes hacerte una idea si piensas en lo siguiente: En 1921 recibió el premio Nobel «por sus aportaciones a la física teórica y, especialmente, por el descubrimiento de la ley del efecto fotoeléctrico». |
En el magnífico artículo que publicó en 1905, llamado Heurística de la generación y conversión de la luz, daba una explicación al observado efecto fotoeléctrico y lo hacía rescatando el modelo corpuscular de la luz, lo que abría la posibilidad de considerar que la luz tiene una naturaleza dual, es decir, que puede ser onda y partícula a la vez. Según Einstein, la luz está formada por partículas llamadas fotones cuya energía viene dada por la frecuencia de la radiación.
Los hechos empíricos descritos eran que:
- El que se produjesen fotoelectrones era independiente de la intensidad de la luz. Aunque se aumentase la intensidad de una radiación, si esta no producía emisión de electrones, no lo haría aunque se aumentase su intensidad.
- La emisión de fotoelectrones estaba asociada, para un mismo metal, a cierto tipo de radiaciones. Aparecía el efecto a partir de cierta radiación del espectro. Cuanto mayor fuera la frecuencia de la radiación, mayor parecía la energía de los electrones emitidos.
La explicación del efecto
| Basándose en la hipótesis de Planck, Einstein postuló que los fotones de una radiación debían tener un valor mínimo de energía para que, al chocar con los electrones de la superficie del metal, fuesen capaces de transferirles la energía necesaria para hacerlos abandonar el metal. A ese valor de energía lo llamó energía umbral y es similar al valor del potencial de ionización de cada metal, estando relacionado este valor mínimo de energía con un valor de frecuencia que llamó frecuencia umbral (ν0). |
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La energía del fotón vendría dada por la expresión de Planck (E = h·ν). Si la frecuencia de la radiación es mayor que la frecuencia umbral, la energía cinética de los fotoelectrones sería la diferencia entre la energía de la radiación y la energía umbral: \[E_{\text{C}} = E_{\text{inc}} - E_{\text{umbral}}\] \[\color[RGB]{192,0,0}{\bf{\frac{m_e}{2}\cdot v_e^2 = h\cdot \nu_{inc} - h\cdot \nu_{umbral}}}\] |
Mira cómo ocurre el efecto fotoeléctrico
Estoy seguro de que el siguiente vídeo te ayudará a terminar de comprender este efecto y la explicación de Einstein de una manera muy gráfica: