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Efecto fotoeléctrico
Teoría
2020 · Ordinaria · Reserva
8-a
Examen
a) Iluminamos una superficie metálica con un haz de luz, provocando el efecto fotoeléctrico. Explique cómo se modifica la velocidad máxima y el número de fotoelectrones emitidos en las siguientes situaciones: i) Si disminuimos la intensidad de la luz incidente. ii) Si utilizamos luz de frecuencia inferior a la frecuencia umbral del metal.
Efecto fotoeléctricoFrecuencia umbralIntensidad de la luz+1
a) El efecto fotoeléctrico se produce cuando la luz incide sobre una superficie metálica y arranca electrones de ella. Este fenómeno se explica por la teoría cuántica de la luz, donde la luz está compuesta por fotones cuya energía viene dada por E=hfE = h \cdot f, siendo hh la constante de Planck y ff la frecuencia de la luz. Para que un electrón sea arrancado, la energía del fotón debe ser al menos igual a la función de trabajo (Φ\Phi) del metal, que es la energía mínima necesaria para liberar un electrón. La energía cinética máxima de los fotoelectrones emitidos viene dada por la ecuación de Einstein para el efecto fotoeléctrico:
Ec,max=hfΦE_{c,max} = h \cdot f - \Phi

donde Φ=hf0\Phi = h \cdot f_0, siendo f0f_0 la frecuencia umbral del metal. Si la frecuencia ff es menor que f0f_0, no se emiten electrones.

i) Si disminuimos la intensidad de la luz incidente:

- Velocidad máxima de los fotoelectrones: La energía cinética máxima de los fotoelectrones (Ec,maxE_{c,max}) depende de la frecuencia (ff) de la luz incidente y de la función de trabajo (Φ\Phi) del metal, según la ecuación de Einstein Ec,max=hfΦE_{c,max} = h \cdot f - \Phi. La intensidad de la luz no afecta la energía de los fotones individuales, solo el número de fotones. Por lo tanto, si la frecuencia de la luz no cambia, la velocidad máxima de los fotoelectrones emitidos no se modifica.- Número de fotoelectrones emitidos: La intensidad de la luz es proporcional al número de fotones que inciden en la superficie por unidad de tiempo. Si se cumple la condición de frecuencia (f>f0f > f_0), cada fotón con suficiente energía puede arrancar un electrón. Al disminuir la intensidad de la luz, disminuye el número de fotones incidentes, y por lo tanto, el número de fotoelectrones emitidos por unidad de tiempo disminuye.

ii) Si utilizamos luz de frecuencia inferior a la frecuencia umbral del metal (f<f0f < f_0):

- Velocidad máxima de los fotoelectrones: Si la frecuencia de la luz incidente (ff) es inferior a la frecuencia umbral (f0f_0) del metal, la energía de los fotones (hfh \cdot f) no es suficiente para superar la función de trabajo (Φ\Phi). En esta situación, no se emiten fotoelectrones, independientemente de la intensidad de la luz. Por lo tanto, la velocidad máxima de los fotoelectrones es cero, ya que no hay electrones liberados.- Número de fotoelectrones emitidos: Como se ha explicado, si la frecuencia de la luz es inferior a la frecuencia umbral, ningún fotón tiene la energía suficiente para arrancar un electrón del metal. Por lo tanto, el número de fotoelectrones emitidos es cero.