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Efecto fotoeléctrico
Teoría
2026 · Ordinaria · Suplente
D-a
Examen
a) Una placa de sodio se ilumina con luz monocromática provocando la emisión de fotoelectrones. Razone: i) si la intensidad de la radiación se duplica, ¿cómo cambia la velocidad máxima de los fotoelectrones emitidos?; ii) si disminuye paulatinamente la frecuencia de la luz incidente, ¿qué ocurre con el número de fotoelectrones emitidos?
Efecto fotoeléctricoIntensidadFrecuencia+1
a) i) La velocidad máxima de los fotoelectrones emitidos no cambia. La energía cinética máxima de los fotoelectrones (Ek,maxE_{k,max}) depende de la frecuencia (ff) de la luz incidente y del trabajo de extracción (W0W_0) del material, según la ecuación del efecto fotoeléctrico de Einstein:
Ek,max=hf−W0E_{k,max} = hf - W_0

donde hh es la constante de Planck. Esta energía cinética máxima está relacionada con la velocidad máxima (vmaxv_{max}) de los electrones mediante:

Ek,max=12mvmax2E_{k,max} = \frac{1}{2}mv_{max}^2

donde mm es la masa del electrón. Si la intensidad de la radiación se duplica, esto significa que se duplica el número de fotones incidentes por unidad de tiempo, lo que resultará en un mayor número de fotoelectrones emitidos (asumiendo que la frecuencia es suficiente para provocar la emisión). Sin embargo, la energía de cada fotón individual (hfhf) no cambia, y por lo tanto, la energía cinética máxima y, consecuentemente, la velocidad máxima de los fotoelectrones individuales tampoco cambian.

a) ii) El número de fotoelectrones emitidos está directamente relacionado con la intensidad de la luz incidente (es decir, con el número de fotones que inciden por unidad de tiempo), siempre y cuando la frecuencia de la luz sea mayor o igual que la frecuencia umbral (f0f_0) del material.

El trabajo de extracción (W0W_0) es la energía mínima necesaria para arrancar un electrón del metal, y se relaciona con la frecuencia umbral mediante W0=hf0W_0 = hf_0.Si la frecuencia de la luz incidente (ff) disminuye paulatinamente:1. Mientras la frecuencia ff sea mayor que la frecuencia umbral f0f_0 (f>f0f > f_0), los fotoelectrones seguirán siendo emitidos. La energía cinética máxima de cada fotoelectrón disminuirá, pero el número de fotoelectrones emitidos no cambiará (si la intensidad de la luz se mantiene constante).2. Cuando la frecuencia de la luz incidente se iguale a la frecuencia umbral (f=f0f = f_0), la energía cinética máxima de los fotoelectrones será cero, Ek,max=0E_{k,max} = 0. Los electrones se emitirán justo con la energía necesaria para escapar del metal.3. Si la frecuencia de la luz incidente disminuye por debajo de la frecuencia umbral (f<f0f < f_0), los fotones individuales ya no tendrán suficiente energía para arrancar electrones del metal, independientemente de la intensidad de la luz. En este caso, el efecto fotoeléctrico cesará y el número de fotoelectrones emitidos se reducirá a cero.