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T5: Física moderna
Efecto fotoeléctrico
Teoría
2023 · Ordinaria · Reserva
D1-a
Examen
a) i) Escriba la ecuación del efecto fotoeléctrico y explique qué significa cada uno de los términos de la misma. ii) Un haz luminoso produce efecto fotoeléctrico al incidir sobre un determinado metal. Si aumenta la longitud de onda de la luz incidente y se sigue produciendo el efecto fotoeléctrico, explique razonadamente cómo se modifica el número de fotoelectrones emitidos y su energía cinética.
Efecto fotoeléctricoEnergía cinética
a) i) La ecuación del efecto fotoeléctrico propuesta por Einstein se basa en el principio de conservación de la energía, estableciendo que la energía de un fotón incidente se emplea en arrancar el electrón del metal y el exceso se convierte en energía cinética:
Efotoˊn=W0+Ec,maxE_{fotón} = W_0 + E_{c,max}

Donde cada término significa lo siguiente:- Efotoˊn=hfE_{fotón} = h \cdot f: Es la energía del fotón incidente, donde hh es la constante de Planck (6,631034 Js6,63 \cdot 10^{-34} \text{ J} \cdot \text{s}) y ff es la frecuencia de la radiación.- W0W_0: Es el trabajo de extracción o función de trabajo, que representa la energía mínima necesaria para que un electrón venza las fuerzas de atracción del metal y sea liberado.- Ec,maxE_{c,max}: Es la energía cinética máxima de los electrones emitidos, correspondiente a aquellos electrones de la superficie que no pierden energía en colisiones internas antes de salir.

a) ii) Analicemos el efecto de aumentar la longitud de onda (λ\lambda) de la luz incidente sobre la energía cinética y el número de electrones:

En cuanto a la energía cinética: La energía de los fotones es inversamente proporcional a la longitud de onda según la relación E=hcλE = h \cdot \frac{c}{\lambda}. Si la longitud de onda λ\lambda aumenta, la energía del fotón incidente disminuye. De acuerdo con la ecuación Ec,max=hcλW0E_{c,max} = h \cdot \frac{c}{\lambda} - W_0, al disminuir el primer término y ser W0W_0 una constante propia del metal, la energía cinética máxima de los fotoelectrones disminuirá.En cuanto al número de fotoelectrones emitidos: Según la teoría fotónica de Einstein, el número de electrones emitidos por unidad de tiempo es proporcional a la intensidad del haz de luz (número de fotones incidentes por unidad de tiempo y área). Cambiar la longitud de onda modifica la energía individual de cada fotón, pero no el número de fotones que llegan a la superficie si la intensidad se mantiene constante. Por tanto, el número de fotoelectrones emitidos no se verá afectado por el aumento de λ\lambda, siempre y cuando esta no supere la longitud de onda umbral.

T5: Física moderna · Efecto fotoeléctrico — FISICA PEvAU Andalucía 2023