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Efecto fotoeléctrico
Teoría
2019 · Ordinaria · Titular
4B-a
Examen
a) Sobre un metal se hace incidir una cierta radiación electromagnética produciéndose la emisión de electrones. i) Explique el balance energético que tiene lugar en el proceso. Justifique qué cambios se producirían si: ii) Se aumenta la frecuencia de la radiación incidente. iii) Se aumenta la intensidad de dicha radiación.
Ecuación de EinsteinFrecuencia umbralIntensidad de radiación
a) i) El balance energético que tiene lugar en el proceso de emisión de electrones (efecto fotoeléctrico) se describe mediante la ecuación de Einstein:
hf=Φ+Ekh f = \Phi + E_k

Donde:- hfh f: Es la energía de los fotones incidentes, siendo hh la constante de Planck y ff la frecuencia de la radiación.- Φ\Phi: Es la función de trabajo (o energía umbral) del metal. Representa la energía mínima necesaria para arrancar un electrón de la superficie del metal. Este valor es característico de cada material y debe ser superado por la energía del fotón para que haya emisión.- EkE_k: Es la energía cinética máxima con la que los electrones son emitidos (fotoelectrones). Si la energía del fotón es mayor que la función de trabajo, el exceso de energía se convierte en energía cinética para el electrón eyectado.En resumen, la energía del fotón incidente se utiliza primero para superar la barrera energética del material (función de trabajo) y el resto se transforma en energía cinética del electrón emitido.

a) ii) Si se aumenta la frecuencia (ff) de la radiación incidente:

Según la ecuación E=hfE = hf, un aumento en la frecuencia implica un aumento en la energía de cada fotón incidente. Dado que la función de trabajo (Φ\Phi) es una propiedad del metal y no cambia, el aumento de la energía de los fotones se traduce en un aumento de la energía cinética máxima (EkE_k) de los electrones emitidos, ya que Ek=hfΦE_k = hf - \Phi.Sin embargo, el número de electrones emitidos (la intensidad de la corriente fotoeléctrica) no cambiará directamente por un aumento de la frecuencia (asumiendo que la frecuencia inicial ya era mayor que la frecuencia umbral).

a) iii) Si se aumenta la intensidad de dicha radiación:

La intensidad de la radiación es proporcional al número de fotones que inciden sobre la superficie del metal por unidad de tiempo. Si se aumenta la intensidad, incidirán más fotones sobre el metal por segundo. Siempre y cuando la frecuencia de estos fotones sea mayor que la frecuencia umbral (f0f_0) del metal (es decir, cada fotón tenga energía suficiente para arrancar un electrón), un mayor número de fotones resultará en un mayor número de electrones emitidos por unidad de tiempo.Por lo tanto, al aumentar la intensidad, la corriente fotoeléctrica (el número de electrones por segundo) aumentará. Sin embargo, la energía cinética máxima de los electrones emitidos (EkE_k) no se verá afectada, ya que esta depende únicamente de la frecuencia de la radiación incidente y de la función de trabajo del metal, no de la cantidad de fotones.