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T5: Física moderna
Efecto fotoeléctrico
Teoría
2024 · Ordinaria · Reserva
D1-a
Examen
a) Un haz luminoso produce la emisión de fotoelectrones en un metal. Explique cómo se modifica el número de fotoelectrones y su energía cinética si: i) aumenta la intensidad del haz luminoso; ii) aumenta la frecuencia de la luz incidente.
FotonesEnergía cinética máxima
a) El fenómeno del efecto fotoeléctrico se explica mediante la teoría de los fotones de Einstein, que establece que la luz está compuesta por paquetes de energía (fotones) que interactúan individualmente con los electrones del metal siguiendo el principio de conservación de la energía:
hf=W0+Ec,maxh f = W_0 + E_{c,max}

En esta expresión, hfh f representa la energía del fotón incidente (hh es la constante de Planck y ff la frecuencia), W0W_0 es el trabajo de extracción o energía mínima para liberar un electrón del metal, y Ec,maxE_{c,max} es la energía cinética máxima de los fotoelectrones emitidos. i) Aumento de la intensidad del haz luminoso: La intensidad de la radiación es proporcional al número de fotones que inciden sobre la superficie metálica por unidad de tiempo. Si la frecuencia de la luz es superior a la frecuencia umbral (f>f0f > f_0), cada fotón incidente es capaz de extraer un electrón. Por lo tanto, al aumentar la intensidad, aumenta el número de fotones y, consecuentemente, aumenta el número de fotoelectrones emitidos (lo que se traduce en una mayor intensidad de corriente eléctrica). Sin embargo, la energía cinética máxima de los electrones no se modifica, ya que el balance energético de cada interacción individual fotón-electrón depende solo de la frecuencia y no del número total de fotones.ii) Aumento de la frecuencia de la luz incidente: Al aumentar la frecuencia ff, aumenta la energía de cada fotón individual según la relación E=hfE = h f. De acuerdo con la ecuación de Einstein, si el trabajo de extracción W0W_0 permanece constante (pues depende solo del material), el incremento en la energía del fotón se traduce íntegramente en un aumento de la energía cinética máxima (Ec,maxE_{c,max}) de los electrones emitidos. En cuanto al número de fotoelectrones, este no se verá afectado por el cambio de frecuencia, siempre y cuando el número de fotones que llegan al metal por segundo (la intensidad) permanezca constante.