T5: Física moderna · Efecto fotoeléctrico — FISICA PEvAU Andalucía 2022

Efecto fotoeléctrico

Teoría

2022 · Ordinaria · Reserva

D1-a

a) En un experimento sobre el efecto fotoeléctrico se investigan diferentes superficies metálicas. Se dibuja, para cada metal, una gráfica de la máxima energía cinética de los fotoelectrones frente a la frecuencia de la luz incidente. Determine, razonando la respuesta, qué afirmación es correcta: i) Todas las gráficas tienen el mismo punto de corte con el eje de frecuencia. ii) Todas las gráficas tienen la misma pendiente.

Física modernaEfecto fotoeléctricoEnergía cinética

a) La ecuación fundamental del efecto fotoeléctrico, propuesta por Einstein, relaciona la energía cinética máxima de los fotoelectrones (

E_{c,máx}

) con la frecuencia de la luz incidente (

f

) y la función de trabajo del metal (

W_0

E_{c,máx} = hf - W_0

donde $h$ es la constante de Planck.Si se representa la máxima energía cinética ( $E_{c,máx}$ ) en el eje Y y la frecuencia ( $f$ ) en el eje X, la ecuación tiene la forma de una línea recta $y = mx + b$ , donde:

i) "Todas las gráficas tienen el mismo punto de corte con el eje de frecuencia."

El punto de corte con el eje de frecuencia ( $f$ ) ocurre cuando $E_{c,máx} = 0$ . En ese punto, la frecuencia incidente es la frecuencia umbral ( $f_0$ ):

0 = hf_0 - W_0 \Rightarrow f_0 = \frac{W_0}{h}

La función de trabajo ( $W_0$ ) es una propiedad característica de cada material metálico. Diferentes metales tienen diferentes valores de $W_0$ . Por lo tanto, el punto de corte con el eje de frecuencia ( $f_0$ ) será diferente para cada metal. Así, la afirmación i) es incorrecta.

ii) "Todas las gráficas tienen la misma pendiente."

Comparando la ecuación $E_{c,máx} = hf - W_0$ con la ecuación de una línea recta $y = mx + b$ , la pendiente ( $m$ ) de la gráfica $E_{c,máx}$ frente a $f$ es $h$ (la constante de Planck).

m = h

La constante de Planck ( $h$ ) es una constante universal, es decir, su valor es el mismo independientemente del metal utilizado en el experimento. Por lo tanto, todas las gráficas de $E_{c,máx}$ frente a $f$ para diferentes metales tendrán la misma pendiente. Así, la afirmación ii) es correcta.