El trabajo de extracción del cátodo metálico en una célula fotoeléctrica es 1,32 eV. Sobre él incide radiación de longitud de onda λ=300 nm.
a) Defina y calcule la frecuencia umbral para esta célula fotoeléctrica. Determine la velocidad máxima con la que son emitidos los electrones.
Datos: h=6,6⋅10−34 J⋅s;c=3⋅108 m/s;e=1,6⋅10−19 C;me=9,1⋅10−31 kg
Trabajo de extracciónFrecuencia umbralVelocidad máxima
Efecto fotoeléctrico
Datos del problema:Trabajo de extracción: W0=1,32 eV=1,32×1,6⋅10−19 J=2,112⋅10−19 JLongitud de onda incidente: λ=300 nm=3⋅10−7 m
a) Frecuencia umbral y velocidad máxima de los electrones emitidos
Frecuencia umbral
La frecuencia umbral ν0 (o frecuencia mínima) es la frecuencia mínima que debe tener la radiación incidente para que se produzca el efecto fotoeléctrico, es decir, para que los fotones tengan exactamente la energía necesaria para arrancar un electrón del metal sin que este adquiera energía cinética. Se define como:
W0=h⋅ν0⟹ν0=hW0
Sustituyendo los valores:
ν0=6,6⋅10−34 J⋅s2,112⋅10−19 J=3,2⋅1014 Hz
Velocidad máxima de los electrones emitidos
Primero calculamos la frecuencia de la radiación incidente:
ν=λc=3⋅10−7 m3⋅108 m/s=1⋅1015 Hz
Como ν=1015 Hz>ν0=3,2⋅1014 Hz, la radiación produce efecto fotoeléctrico. Aplicando la ecuación de Einstein del efecto fotoeléctrico: