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T5: Física moderna
Efecto fotoeléctrico
Teoría
2024 · Extraordinaria · Titular
D1-a
Examen
a) Razone si las siguientes afirmaciones son correctas: i) La energía de los fotoelectrones emitidos por un metal irradiado es la misma que la de los fotones absorbidos por dicho metal. ii) Si se irradia un metal con luz blanca, produciéndose el efecto fotoeléctrico en todo el rango de frecuencias de dicha luz, la mayor energía cinética corresponderá a los fotoelectrones emitidos por las componentes espectrales de la región del rojo.
Efecto fotoeléctricoEnergía cinéticaFotones
Efecto Fotoeléctrico

La base teórica para resolver estas cuestiones es la ecuación de Einstein para el efecto fotoeléctrico, fundamentada en el principio de conservación de la energía:

Efotoˊn=W0+Ec,maˊxE_{\text{fotón}} = W_0 + E_{c, \text{máx}}
a) i) La afirmación es incorrecta. Según el modelo de Einstein, cada fotón es absorbido íntegramente por un solo electrón. La energía del fotón incidente (Efotoˊn=hfE_{\text{fotón}} = h \cdot f) se emplea primero en vencer la energía de ligadura del electrón al metal, denominada trabajo de extracción (W0W_0). El exceso de energía, si existe, se convierte en la energía cinética máxima (Ec,maˊxE_{c, \text{máx}}) del fotoelectrón emitido.

Despejando la energía del electrón se observa que siempre es menor que la del fotón incidente:

Ec,maˊx=EfotoˊnW0E_{c, \text{máx}} = E_{\text{fotón}} - W_0
a) ii) La afirmación es incorrecta. La energía de los fotones incidentes es directamente proporcional a su frecuencia (ff) e inversamente proporcional a su longitud de onda (λ\lambda):
Efotoˊn=hf=hcλE_{\text{fotón}} = h \cdot f = \frac{h \cdot c}{\lambda}

Dentro del espectro visible de la luz blanca, la región del rojo corresponde a las longitudes de onda más largas (frecuencias más bajas), mientras que la región del violeta corresponde a las longitudes de onda más cortas (frecuencias más altas). Dado que Ec,maˊx=hfW0E_{c, \text{máx}} = h \cdot f - W_0, a mayor frecuencia del fotón, mayor será la energía cinética de los electrones emitidos. Por tanto, la mayor energía cinética corresponde a los electrones emitidos por la luz de mayor frecuencia (violeta) y no por la de menor frecuencia (rojo).