Efecto fotoeléctrico

algunas veces la luz se comporta como una onda y otras veces se comporta como una partícula un ejemplo de esto es el efecto fotoeléctrico de escrito por einstein digamos que tenemos un pedazo de metal sabemos que en el metal hay algunos electrones aquí voy a dibujar un electrón este electrón está unido al metal porque es atraído por las cargas positivas en el núcleo si hacemos brillar una luz sobre el metal el tipo correcto de luz con la frecuencia correcta de luz podemos dejar fuera a algunos electrones de manera que se dé un flujo o corriente de electrones esto es como la colisión de dos partículas si vemos a la luz como una partícula aquí voy a dibujar una partícula de luz que llamamos fotón y que no tiene masa este fotón va a impactar el electrón y si el fotón tiene la suficiente energía puede liberar al electrón así que queda suelto vamos a mostrar al electrón moviéndose en esta dirección con una velocidad de y el electrón tiene una masa m y sabemos que el electrón tiene una energía cinética igual a un medio por m por b al cuadrado este electrón libre ahora llamado foto electrón un fotón crea un foto electrón una partícula golpea a otra partícula y si pensamos en esto en términos de la física clásica pensaremos en la conservación de la energía así que la energía del fotón la energía de entrada que le va a pasar a esta energía bueno se necesita energía para liberar al electrón que estaba enlazado a esta energía para liberar al electrón le llamamos a cero y el resto de la energía se fue a la energía cinética del electrón por lo que escribimos aquí la energía cinética del foto electrón que se produjo digamos que queremos despejar la energía cinética de este foto electrón lo que es algo sencillo de hacer la energía cinética es igual a la energía del fotón - la energía necesaria para liberar al electrón de la superficie metálica que llamamos es cero aunque quizás encuentre nuestro escrito de forma diferente o con diferentes símbolos pero esta es una función de trabajo vamos a escribir la función de trabajo y la función de trabajo es diferente para cada metal es la cantidad mínima de energía necesaria para liberar al electrón por lo que obviamente será diferente dependiendo del metal que tengamos ahora que comprendemos la idea general del efecto fotoeléctrico hagamos un problema si un fotón de longitud de onda de 525 nanómetros golpea cesio metálico con función de trabajo 3.43 por 10 a la menos 19 jules cuál es la velocidad del photo electrón producido bueno queremos saber la velocidad del foto electrón que sabemos se esconde en la energía cinética y también conocemos la función de trabajo del metal es cero lo que no conocemos es la energía del fotón así que es lo que tenemos que calcular primero así que la energía del fotón es igual a h que es la constante de planck multiplicada por la frecuencia que usualmente se simboliza con new nos piden la frecuencia en esta fórmula pero el problema no está solo la longitud de la onda así que tenemos que relacionar la longitud de onda con la frecuencia y eso está dado por sé que es la velocidad de la luz lambda por nio la velocidad de la luz es igual a la longitud de onda por la frecuencia y si queremos despejar la frecuencia nos queda que es igual a la velocidad de la luz dividida entre la longitud de onda ahora podemos tomar esto y sustituirlo aquí arriba por lo que nos queda que esto es igual a h porsche entre lambda y ahora si podemos escribir los números h es la constante de planck que es 6.626 por 10 a la menos 34 que es la velocidad de la luz que es 2.998 por 10 a la 8 metros por segundo y todo esto dividido entre lambda que es la longitud de onda y es 525 por 10 a la menos 9 metros ahora saquemos la calculadora para encontrar cuánto es todo esto 6.626 por 10 a la menos 34 multiplicamos esto por la velocidad de la luz multiplicamos esto por la velocidad de la luz 2.998 por 10 a la 8 y al número resultante lo dividimos entre 525 entre 525 por 10 a la menos 9 que es la longitud de onda y nos dan 3.78 por 10 a la menos 19 vamos a escribir 3.78 por 10 a la menos 19 y las unidades son jules pensemos un aumento en este número tres puntos 78 por 10 a la menos 19 es la energía del fotón y esta energía es mayor que la función de trabajo lo que significa que es un fotón de alta energía que va a liberar al electrón esta cantidad de aquí es la energía mínima necesaria para liberar al electrón y hemos excedido esta energía por lo que produciremos un electrón este fotón tiene la energía suficiente para producir un foto electrón ahora vamos a encontrar la energía cinética del foto electrón que se produjo y vamos a usar esta ecuación de aquí arriba vamos a hacer más espacio y reescribamos la ecuación la energía cinética del electrón es igual a la energía del fotón - la función de trabajo pongamos los números la energía del fotones 3.78 por 10 a la menos 19 yours la función de trabajo que es 3.43 por 10 al menos 19 curso saquemos de nuevo la calculadora esto restamos la función de trabajo 3.43 por 10 a la menos 19 y nos dan 3.5 por 10 a las menos 20 euros vamos a escribirlo 3.5 por 10 a la menos 20 yours esta es la energía cinética del electrón y sabemos que esto es igual a un medio por la masa por la velocidad al cuadrado nos preguntan la velocidad del photo electrón producido pues ponemos los números un medio por la masa del electrón que es 9.11 por 10 a la menos 31 por la velocidad al cuadrado y esto es igual a 3.5 por 10 a la menos 20 yours de nuevo sacamos la calculadora este 3.5 por 10 a la menos 20 lo multiplicamos por 2 y luego lo dividimos entre la masa del electrón 9.11 por 10 a la menos 31 nos da este número y le sacamos la raíz cuadrada y esto nos da la velocidad del photo electrón que es 2.8 por 10 al veamos los lugares decimales 1 2 3 4 5 así que es 2.8 por 10 a las 5 metros por segundo la velocidad de nuestro foto electrón producido es 2.8 por 10 a las 5 metros por segundo y si aumentamos la intensidad de esta luz tendremos más fotones que producirán más fotos electrones pues cada fotón producirá un foto electrón si tiene la suficiente energía pensemos en el mismo problema pero cambiemos la longitud de onda veamos qué pasa si nuestra longitud de onda ahora es de 625 nanómetros para ahorrar tiempo no haremos los cálculos pero lo único que tendríamos que hacer es poner este número aquí arriba en lugar del 525 para calcular la energía si hacemos esto y ponemos 625 por 10 a la menos 9 tendremos y les doy la respuesta directa para ahorrarnos tiempo 3.2 por 10 a la menos 19 euros y esto es menor que la función de trabajo recuerden que la función de trabajo es la cantidad mínima de energía necesaria para liberar al electrón de su enlace con el metal y como esto es menor que la función de trabajo significa que no tendremos un foto electrón necesitamos un fotón de alta energía para producir un foto electrón y no importa si aumentamos la intensidad así que aunque tengamos muchos fotones en esta longitud de onda aún no tendremos ningún foto electrón esta es la idea del efecto fotoeléctrico que es explicado al tomar a la luz como una partícula