b) Cálculo del trabajo de extracción del metal y justificación de la emisión de electrones.Según la ecuación del efecto fotoeléctrico de Einstein, la energía del fotón incidente se utiliza para el trabajo de extracción y la energía cinética máxima de los electrones emitidos:
Efotoˊn=W0+Ec,max donde Efotoˊn es la energía del fotón incidente, W0 es el trabajo de extracción y Ec,max es la energía cinética máxima de los electrones.La energía del fotón se calcula como:
Efotoˊn=h⋅f Sustituyendo los valores dados:
Efotoˊn=(6,63⋅10−34 J⋅s)⋅(7,89⋅1014 Hz)=5,23107⋅10−19 J La energía cinética máxima de los electrones se puede determinar a partir del potencial de frenado (Vs):
Ec,max=e⋅Vs Sustituyendo los valores:
Ec,max=(1,6⋅10−19 C)⋅(1,3 V)=2,08⋅10−19 J Ahora, podemos calcular el trabajo de extracción (W0):
W0=Efotoˊn−Ec,max W0=5,23107⋅10−19 J−2,08⋅10−19 J=3,15107⋅10−19 J Redondeando a dos decimales, el trabajo de extracción es:
W0≈3,15⋅10−19 J Para justificar si se producirá emisión de electrones con una radiación de frecuencia 4⋅1014 Hz, debemos comparar la energía del nuevo fotón con el trabajo de extracción, o equivalentemente, comparar la nueva frecuencia con la frecuencia umbral (f0). La frecuencia umbral es la frecuencia mínima necesaria para que ocurra el efecto fotoeléctrico, y se calcula como:
f0=hW0 Sustituyendo el valor de W0 calculado:
f0=6,63⋅10−34 J⋅s3,15107⋅10−19 J=4,7527⋅1014 Hz La nueva frecuencia de la radiación es f2=4⋅1014 Hz. Comparando f2 con la frecuencia umbral f0:
f2=4⋅1014 Hz f0≈4,75⋅1014 Hz Dado que la frecuencia de la nueva radiación (4⋅1014 Hz) es menor que la frecuencia umbral del metal (4,75⋅1014 Hz), no se producirá emisión de electrones.