AndalucíaAndalucía
MadridMadrid
CataluñaCataluña
GaliciaGalicia
MurciaMurcia
ValenciaValencia
En construcciónAñadimos comunidades, materias, años y soluciones de forma progresiva y constante.
Efecto fotoeléctrico
Teoría
2022 · Ordinaria · Titular
D1-a
Examen

En el efecto fotoeléctrico, la luz incidente sobre una superficie metálica provoca la emisión de electrones de la superficie. Discuta la veracidad de las siguientes afirmaciones:

a) i) Se desprenden electrones sólo si la longitud de onda de la radiación incidente es superior a un valor mínimo.ii) La energía cinética máxima de los electrones es independiente del tipo de metal.iii) La energía cinética máxima de los electrones es independiente de la intensidad de la luz incidente.
Efecto fotoeléctricoLongitud de onda umbralEnergía cinética máxima+1
a) i) Se desprenden electrones sólo si la longitud de onda de la radiación incidente es superior a un valor mínimo.

Esta afirmación es FALSA. Para que se produzca el efecto fotoeléctrico, la energía de los fotones incidentes debe ser igual o superior a la función de trabajo (Φ\Phi) del metal. La energía de un fotón está dada por E=hf=hcλE = hf = h \frac{c}{\lambda}, donde hh es la constante de Planck, cc es la velocidad de la luz, ff es la frecuencia y λ\lambda es la longitud de onda. La función de trabajo se relaciona con una frecuencia umbral (f0f_0) o una longitud de onda de corte (λ0\lambda_0) mediante Φ=hf0=hcλ0\Phi = hf_0 = h \frac{c}{\lambda_0}. Para que haya emisión, se debe cumplir que EΦE \ge \Phi, lo que implica hcλhcλ0h \frac{c}{\lambda} \ge h \frac{c}{\lambda_0}. Simplificando, se obtiene 1λ1λ0\frac{1}{\lambda} \ge \frac{1}{\lambda_0}, lo que significa que λλ0\lambda \le \lambda_0. Por lo tanto, los electrones se desprenden solo si la longitud de onda de la radiación incidente es INFERIOR o igual a un valor máximo (la longitud de onda de corte λ0\lambda_0), y no superior a un valor mínimo.

ii) La energía cinética máxima de los electrones es independiente del tipo de metal.

Esta afirmación es FALSA. La ecuación de Einstein para el efecto fotoeléctrico es Ec,max=hfΦE_{c,max} = hf - \Phi, donde Ec,maxE_{c,max} es la energía cinética máxima de los electrones emitidos, hfhf es la energía del fotón incidente y Φ\Phi es la función de trabajo del metal. La función de trabajo Φ\Phi es una propiedad intrínseca de cada metal y representa la energía mínima necesaria para extraer un electrón de su superficie. Dado que Φ\Phi varía de un metal a otro, la energía cinética máxima de los electrones emitidos dependerá del tipo de metal sobre el que incide la luz, para una misma frecuencia de radiación incidente.

iii) La energía cinética máxima de los electrones es independiente de la intensidad de la luz incidente.

Esta afirmación es VERDADERA. Según la teoría cuántica de la luz (y la ecuación de Einstein del efecto fotoeléctrico Ec,max=hfΦE_{c,max} = hf - \Phi), la energía cinética máxima de los electrones emitidos depende únicamente de la frecuencia (ff) de la luz incidente y de la función de trabajo (Φ\Phi) del metal. La intensidad de la luz se relaciona con el número de fotones que inciden por unidad de tiempo y área. Una mayor intensidad de luz significa que inciden más fotones, lo que provoca que se emitan más electrones por unidad de tiempo (mayor corriente fotoeléctrica), pero no afecta la energía de cada fotón individual ni, por lo tanto, la energía cinética máxima de los electrones emitidos.