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T5: Física moderna
Física cuántica
Teoría
2021 · Extraordinaria · Reserva
D.2-a
Examen

Al incidir un haz de luz de cierta frecuencia sobre un metal se produce efecto fotoeléctrico.

i) ¿Qué condición cumple la frecuencia de la luz para que se produzca dicho efecto?ii) ¿Qué ocurrirá si se aumenta la intensidad de dicho haz? Razone las respuestas.
efecto fotoeléctricofrecuencia de la luzintensidad luminosa
i) Para que se produzca el efecto fotoeléctrico, la frecuencia (ff) de la luz incidente debe ser mayor o igual que una frecuencia mínima característica del metal, denominada frecuencia umbral (f0f_0). Esto se debe a que la energía de los fotones incidentes (E=hfE = hf) debe ser suficiente para superar el trabajo de extracción (ϕ\phi o W0W_0) del electrón del metal, que es la energía mínima necesaria para liberar un electrón de la superficie del metal. El trabajo de extracción está relacionado con la frecuencia umbral mediante la expresión ϕ=hf0\phi = hf_0.

La ecuación del efecto fotoeléctrico de Einstein es:

Ecmax=hf−ϕ=hf−hf0E_c^{max} = hf - \phi = hf - hf_0

donde EcmaxE_c^{max} es la energía cinética máxima de los electrones emitidos (fotoelectrones), hh es la constante de Planck, ff es la frecuencia de la luz incidente y f0f_0 es la frecuencia umbral.

ii) Si se aumenta la intensidad del haz de luz incidente, el número de fotones que inciden sobre el metal por unidad de tiempo aumenta. Sin embargo, la energía de cada fotón individual (E=hfE = hf) no cambia, ya que la frecuencia (ff) se mantiene constante. Por lo tanto, si la frecuencia inicial ya era suficiente para producir el efecto fotoeléctrico (f≥f0f \ge f_0):

1. La energía cinética máxima de los fotoelectrones emitidos no cambiará, ya que esta depende únicamente de la frecuencia de la luz y del trabajo de extracción del metal, según la ecuación Ecmax=hf−ϕE_c^{max} = hf - \phi. No depende de la intensidad.2. El número de fotoelectrones emitidos por unidad de tiempo aumentará. Esto se debe a que, al haber más fotones incidiendo sobre el metal, habrá una mayor probabilidad de que más electrones absorban la energía necesaria para ser arrancados de la superficie, siempre y cuando la frecuencia de los fotones sea mayor o igual que la frecuencia umbral. Un mayor número de electrones implica un aumento de la corriente fotoeléctrica.En resumen, la intensidad de la luz afecta al número de electrones emitidos (corriente fotoeléctrica), mientras que la frecuencia de la luz afecta a la energía cinética de los electrones emitidos.