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Efecto fotoeléctrico
Teoría
2018 · Ordinaria · Reserva
4B-a
Examen
a) Una superficie metálica emite fotoelectrones cuando se ilumina con luz verde pero no emite con luz amarilla. Explique razonadamente qué ocurrirá cuando se ilumine con luz violeta y cuando se ilumine con luz roja.
frecuencia umbralfotonesemisión electrónica
Efecto fotoeléctrico: análisis según la frecuencia de la luz

El efecto fotoeléctrico se produce cuando un fotón incidente tiene una energía mayor o igual que la función de trabajo ϕ\phi del metal (energía mínima necesaria para arrancar un electrón). La energía de un fotón es E=hνE = h\nu, donde hh es la constante de Planck y ν\nu es la frecuencia de la luz.El orden creciente de frecuencias en el espectro visible es: roja < naranja < amarilla < verde < azul < violeta.Del enunciado se sabe que:

La luz verde SÍ produce efecto fotoeléctrico → hνverdeϕh\nu_{\text{verde}} \geq \phiLa luz amarilla NO produce efecto fotoeléctrico → hνamarilla<ϕh\nu_{\text{amarilla}} < \phi

Esto implica que la frecuencia umbral ν0\nu_0 (para la cual hν0=ϕh\nu_0 = \phi) se sitúa entre la frecuencia del amarillo y la del verde:

νamarilla<ν0νverde\nu_{\text{amarilla}} < \nu_0 \leq \nu_{\text{verde}}
Caso 1: Luz violeta

La luz violeta tiene una frecuencia mayor que la luz verde (νvioleta>νverdeν0\nu_{\text{violeta}} > \nu_{\text{verde}} \geq \nu_0), por lo que la energía de sus fotones supera la función de trabajo del metal:

hνvioleta>ϕh\nu_{\text{violeta}} > \phi

Por tanto, con luz violeta SÍ se produce efecto fotoeléctrico. Además, los fotoelectrones emitidos tendrán una energía cinética máxima mayor que con luz verde, ya que el exceso de energía sobre la función de trabajo es mayor:

Ec,maˊx=hνvioletaϕ>Ec,maˊxverdeE_{c,\text{máx}} = h\nu_{\text{violeta}} - \phi > E_{c,\text{máx}}^{\text{verde}}
Caso 2: Luz roja

La luz roja tiene una frecuencia menor que la luz amarilla (νroja<νamarilla<ν0\nu_{\text{roja}} < \nu_{\text{amarilla}} < \nu_0), por lo que la energía de sus fotones es insuficiente para arrancar electrones del metal:

hνroja<ϕh\nu_{\text{roja}} < \phi

Con luz roja NO se produce efecto fotoeléctrico, independientemente de la intensidad de la luz. Aumentar la intensidad solo aumenta el número de fotones incidentes, pero cada fotón sigue teniendo la misma energía insuficiente para vencer la función de trabajo.

Conclusión
Luz violeta (ν>ν0\nu > \nu_0): SÍ hay emisión de fotoelectrones, con mayor energía cinética que los producidos por luz verde.Luz roja (ν<ν0\nu < \nu_0): NO hay emisión de fotoelectrones, ya que la energía del fotón es menor que la función de trabajo del metal.