El efecto fotoeléctrico fue descubierto por Heinrich Hertz, en 1887, al observar que ciertos metales, bajo la acción de la luz, emiten cargas negativas. Más adelante se pudo comprobar que eran electrones y que la emisión se debía principalmente a la radiación ultravioleta. En el efecto fotoeléctrico tiene lugar una conversión de la energía luminosa en eléctrica.
Se llama efecto fotoeléctrico al proceso de emisión de electrones en la superficie de un metal alcalino cuando inciden sobre el las radiaciones de la luz.
Las características de la emisión fotoeléctrica referida a un metal son:
La emisión de electrones es instantánea al incidir la luz sobre el metal.
El aumentar la intensidad luminosa se incrementa el número de electrones emitidos, pero no la velocidad de salida.
La velocidad de los electrones emitidos solo depende de la frecuencia de la radiación incidente.
Para cada metal existe una cierta frecuencia umbral, por debajo de la cual no se produce emisión fotoeléctrica.
El efecto fotoeléctrico es un fenómeno general, pero en algunos casos la emisión de los electrones depende de la frecuencia de la luz excitatriz. Cuando se someten los metales a la acción sucesiva de las radiaciones luminosas, desde la radiación ultravioleta hasta la infrarroja, se comprueba que un metal determinado, el efecto fotoeléctrico se produce cuando la frecuencia de la radiación es superior a un valor límite que se llama umbral fotoeléctrico.
Se ha podido comprobar que las partículas emitidas por los metales tienen la carga y la masa de de los electrones y son iguales cualquiera que sea el metal empleado en la experiencia.
El efecto fotoeléctrico demuestra que la energía luminosa transportada por las radiaciones que inciden en el metal se transforma en energía mecánica. Parte de esa energía mecánica se emplea en arrancar los electrones de la superficie del metal y la otra parte se transforma en energía cinética de los electrones que salen expulsados con una velocidad (v).
La teoría de Max Planck dice que la energía transportada por una radiación de frecuencia (f) es siempre un múltiplo entero del producto (h x f).
El producto (h x f) constituye el cuanto de energía, es decir, la menor cantidad de energía que se puede obtener en una radiación de frecuencia (f).
Einstein dijo que la luz consta de pequeños cuantos de energía, a los que llamo fotones. Cada fotón de una radiación de frecuencia (f) transporta una energía.
E = H x f
Donde:
E= Energía del fotón.
H= Constante de Planck (6.6x10^-34)
f= Frecuencia de radiación.
Observamos que según esta ecuación la energía radiante, tal como la luz, se propaga en paquetes de energía, cuyos tamaños son proporcionales a la frecuencia de la radiación, así como, la energía ha de ser absorbida o emitida por cuantos completos, no siendo admisibles fracciones del cuanto.
El efecto fotoeléctrico explica fácilmente a partir de la hipótesis fotónica de la luz. Al llegar a la superficie del metal, un fotón de frecuencia (f) correspondiente a la radiación lumínica, choca con un átomo y le arranca un electrón si la energía del fotón es mayor que el trabajo o energía de extracción del electrón.
La energía del fotón se emplea en arrancar el electrón del metal y comunicarle una energía cinética.
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