Teoría cuántica y el efecto fotoeléctrico

Teoría cuántica y el efecto fotoeléctrico

Teoría cuántica y el efecto fotoeléctrico en línea

La naturaleza, al parecer, estaba cuantizada (no continua, o discreta). Si esto era así, ¿cómo podían las ecuaciones de Maxwell predecir correctamente el resultado del radiador de cuerpo negro? Planck pasó mucho tiempo intentando reconciliar el comportamiento de las ondas electromagnéticas con la naturaleza discreta de la radiación del cuerpo negro, sin éxito. No fue hasta 1905, con otro artículo publicado por Albert Einstein, que la naturaleza ondulatoria de la luz se amplió para incluir la interpretación de la luz como partícula que explicaba adecuadamente la ecuación de Planck.
El efecto fotoeléctrico fue documentado por primera vez en 1887 por el físico alemán Heinrich Hertz, por lo que a veces se le denomina efecto Hertz. Mientras trabajaba con un transmisor de chispa (un dispositivo primitivo de radiodifusión), Hertz descubrió que, al absorber ciertas frecuencias de luz, las sustancias emitían una chispa visible. En 1899, J.J. Thomson identificó esta chispa como electrones excitados por la luz (llamados fotoelectrones) que abandonaban la superficie del metal (Figura \(\PageIndex{1}\)).

Efecto fotoeléctrico

El efecto fotoeléctrico es la emisión de electrones cuando la radiación electromagnética, como la luz, incide sobre un material. Los electrones emitidos de este modo se denominan fotoelectrones. Este fenómeno se estudia en la física de la materia condensada y en la química cuántica y del estado sólido para extraer conclusiones sobre las propiedades de los átomos, las moléculas y los sólidos. El efecto se ha utilizado en dispositivos electrónicos especializados en la detección de la luz y la emisión de electrones con precisión.
Los resultados experimentales no concuerdan con el electromagnetismo clásico, que predice que las ondas de luz continuas transfieren energía a los electrones, que luego se emiten cuando acumulan suficiente energía. Una alteración de la intensidad de la luz cambiaría teóricamente la energía cinética de los electrones emitidos, y una luz suficientemente tenue daría lugar a una emisión retardada. En cambio, los resultados experimentales muestran que los electrones se desprenden sólo cuando la luz supera una determinada frecuencia, independientemente de la intensidad de la luz o de la duración de la exposición. Dado que un haz de baja frecuencia con una intensidad elevada no podría acumular la energía necesaria para producir fotoelectrones, como ocurriría si la energía de la luz procediera de una onda continua, Albert Einstein propuso que un haz de luz no es una onda que se propaga por el espacio, sino un enjambre de paquetes de energía discretos, conocidos como fotones.

Deducir una expresión para el efecto fotoeléctrico utilizando la teoría cuántica

La naturaleza, al parecer, estaba cuantizada (no continua, o discreta). Si esto era así, ¿cómo podían las ecuaciones de Maxwell predecir correctamente el resultado del radiador de cuerpo negro? Planck pasó mucho tiempo intentando reconciliar el comportamiento de las ondas electromagnéticas con la naturaleza discreta de la radiación del cuerpo negro, sin éxito. No fue hasta 1905, con otro artículo publicado por Albert Einstein, que la naturaleza ondulatoria de la luz se amplió para incluir la interpretación de la luz como partícula que explicaba adecuadamente la ecuación de Planck.
El efecto fotoeléctrico fue documentado por primera vez en 1887 por el físico alemán Heinrich Hertz, por lo que a veces se le denomina efecto Hertz. Mientras trabajaba con un transmisor de chispa (un dispositivo primitivo de radiodifusión), Hertz descubrió que, al absorber ciertas frecuencias de luz, las sustancias emitían una chispa visible. En 1899, J.J. Thomson identificó esta chispa como electrones excitados por la luz (llamados fotoelectrones) que abandonaban la superficie del metal (Figura \(\PageIndex{1}\)).

Papel de einstein sobre el efecto fotoeléctrico

El efecto fotoeléctrico es la emisión de electrones cuando la radiación electromagnética, como la luz, incide sobre un material. Los electrones emitidos de este modo se denominan fotoelectrones. Este fenómeno se estudia en la física de la materia condensada y en la química cuántica y del estado sólido para extraer conclusiones sobre las propiedades de los átomos, las moléculas y los sólidos. El efecto se ha utilizado en dispositivos electrónicos especializados en la detección de la luz y la emisión de electrones con precisión.
Los resultados experimentales no concuerdan con el electromagnetismo clásico, que predice que las ondas de luz continuas transfieren energía a los electrones, que luego se emiten cuando acumulan suficiente energía. Una alteración de la intensidad de la luz cambiaría teóricamente la energía cinética de los electrones emitidos, y una luz suficientemente tenue daría lugar a una emisión retardada. En cambio, los resultados experimentales muestran que los electrones se desprenden sólo cuando la luz supera una determinada frecuencia, independientemente de la intensidad de la luz o de la duración de la exposición. Dado que un haz de baja frecuencia con una intensidad elevada no podría acumular la energía necesaria para producir fotoelectrones, como ocurriría si la energía de la luz procediera de una onda continua, Albert Einstein propuso que un haz de luz no es una onda que se propaga por el espacio, sino un enjambre de paquetes de energía discretos, conocidos como fotones.

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