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El Efecto Fotoelctricoun fenmeno muy bonitoAntecedentesLa Fsica Clsica puede ser dividida en tres pilares fundamentales, estos son:La Mecnica de Isaac NewtonEl Electromagnetismo de James Clerk MaxwellLa Termodinmica de Rudolf Clausius y Ludwig Boltzmann

Hasta finales del siglo XIX, ninguna de las 3 anteriores tena discusin y se confiaba totalmente en su aplicacin a todo el universo. Fue cuando se encontr con 3 fenmenos fsicos que la ponen en cuestin y que van a determinar su futuro.

La radiacin del cuerpo negroEl efecto fotoelctricoLa fluorescencia.

La Fsica Clsica se encontr con que no poda explicar dichos fenmenos, y esto abri el camino a la Fsica Moderna, la cual esta constituida por la Fsica Cuntica y la Fsica Relativista.

Para poder explicar que es la luz en el pasado se establecieron 2 tipos de teoras:La teora ondulatoriaLa teora corpuscularNewton era partidario de la teora corpuscular. Sin embargo, con el experimento de la doble rendija de Thomas Young y los trabajos de Heinrich Hertz y James Maxwell se lleg a la conclusin de que la luz era una onda. As, se deshecho la teora corpuscular y se acepto la teora ondulatoria.Es aqu donde el efecto fotoelctrico tom relevancia, ya que la teora ondulatoria de la luz fue incapaz de explicar dicho fenmeno.

Cuanto de energa:Naturaleza de la luz:Planck consider que la energa en las partculas que forman las paredes de la cavidad que produce la radiacin de cuerpo negro solamente poda ser emitida o absorbida en mltiplos enteros de un cuanto o elemento de energa :

: 6.626 x 10-34 J.s: Frecuencia

A: Placa metlica (-)B: Copa metlica (+)V: Diferencia de potencialEl efecto fotoelctricola emisin de electrones por parte de la materia cuando es expuesta a una radiacin electromagntica.El descubrimiento del efecto fotoelctrico es atribuido a Heinrich Hertz en 1887, quien trato de probar la teora de Maxwell sobre la radiacin electromagntica.

Si V es lo suficientemente grande, la corriente fotoelctrica alcanzar cierto lmite, y esto nos dice que todos los fotoelectrones emitidos por A son captados por la copa B.Si se invirtiera el signo V, la corriente fotoelctrica no disminuye inmediatamente a cero, lo que significa que los electrones se emiten de A con una velocidad finita. Algunos de ellos, a pesar de que exista un campo elctrico que se opone a su movimiento, sern capaces de llegar a la copa B. Puede suceder que la diferencia de potencial alcance un valor lo suficientemente alto que disminuya a cero la corriente fotoelctrica. A este valor se le denomina potencial de frenado.

Es posible calcular la energa cintica de los electrones emitidos con mayor energa. Esto se hace multiplicando el potencial de frenado con la carga de un electrn (1.602x10-19 C.), y se puede expresar as:

Explicacin de Einstein del Efecto FotoelctricoEn 1905, Albert Einstein present su famoso trabajo que explic el efecto fotoelctrico. Con base en experimentos muy cuidadosos, obtuvo resultados pueden ser sintetizados en las siguientes relaciones:Para una frecuencia dada de radiacin incidente, el nmero de electrones producidos por el efecto fotoelctrico es directamente proporcional a la intensidad de la radiacin, mientras que la energa de los electrones emitidos es siempre la misma sin importar la intensidad.

Cuando se utiliza radiacin de diferentes frecuencias, la energa de los electrones es directamente proporcional a la frecuencia. La grfica de la energa cintica de los electrones emitidos en funcin de la frecuencia de la radiacin es una lnea recta.Cuando se utilizan distintos metales, a cada uno le corresponde una recta como la anterior, las cuales tienen en comn la misma pendiente. Con radiacin de frecuencia inferior a una cierta frecuencia umbral (diferente para cada tipo de metal), no son emitidos electrones sin importar la intensidad de radiacin.

La radiacin de alta frecuencia se comporta como si consistiera de cuantos de energa independientes, cada uno de magnitud igual a la propuesta por Planck.Estableci que la energa del fotn es absorbida en una vez por un solo electrn en el efecto fotoelctrico.

Para poder liberar un electrn de la atraccin a los tomos del material irradiado es necesaria cierta cantidad de energa . Esta es llamada Trabajo de extraccin: Entonces, es posible calcular la energa que hay en un fotn dentro de un haz de frecuencia con la formula::: energa que transporta el fotn:: energa necesaria para desprender el electrn : energa cintica que tiene el electrn cuando es liberado.

As, es posible concluir que para liberar electrn sin que exista algn sobrante en forma de energa cintica, la energa deber ser igual a . La frecuencia en la cual ocurre esto es la llamada frecuencia umbral o frecuencia de corte :

As fue como Einstein pudo explicar lo que la teora ondulatoria de la luz no pudoSi escribimos la ecuacin y sustituyendo por , podemos obtener la expresin:

La teora de Einstein predice una relacin lineal entre y , por lo que la pendiente de la curva experimental deber ser .Si tomamos 2 puntos de la grfica de las medidas del potencial de frenado del Sodio a distintas frecuencias podemos obtener el valor de :

Y finalmente podemos encontrar el valor de si multiplicamos esta relacin por la carga del electrn:

Millikan pudo encontrar, haciendo un anlisis ms cuidadoso de estos y ms datos, un valor de 6.57x10-34 J.s, el cual concuerda con la frmula de radiacin de Plank y as se confirma el concepto de fotn elaborado por Einstein.

Cuando un fotn choca con la materia no solo le transfiere energa, sino adems le transfiere una cantidad de movimiento.Cuando la luz incide sobre cierto material le provoca a este cierta presin aparentemente continua, la cual puede verse como el resultado de muchas colisiones diminutas de fotones.

Al medir la presin luminosa de los fotones de una frecuencia , y dividiendo entre todos los fotones la correspondiente cantidad de movimiento, resulta que cada fotn tiene una cantidad de momento :

Donde se dirige en la direccin en que se propaga la onda. Esto fue estudiado por el fsico Arthur Compton el cual concluy que cuando un fotn choca con el electrn este no es absorbido, sino que aparece movindose en otra direccin con la energa y cantidad de movimiento disminuidos.

Momento del fotn

Con la frmula es posible obtener la relacin:

Con las ecuaciones y es posible obtener que la relacin entre la energa del fotn y su cantidad de movimiento:

Las relaciones y no son aplicables para describir el movimiento del fotn.

En resumen, se puede decir que el lugar donde incide el fotn es cuestin de probabilidad, sin embargo es posible medir y definir perfectamente tanto su energa como su mpetu.

Algunos ejemplos podemos encontrarlos:Cmaras (por el dispositivo que gobierna los tiempos de exposicin).Alumbrado pblicoDetectores de movimientoMquinas copiadoras (funciona como regulador de tner)Celdas solares para satlites, relojes y calculadoras.

Una aplicacin muy curiosa del efecto fotoelctrico se da en los alcoholmetros, en donde el alcohol reacciona con una sustancia de prueba provocando cambios de color que son medidos por el dispositivo. Con la lectura es posible conocer la concentracin de alcohol en el individuo.

Aplicaciones del efecto fotoelctrico en la vida cotidianaBibliografaBraun, Eliezer. Una faceta desconocida de Einstein. Mxico: La Ciencia desde Mxico, 1986.

D. C. Heath and Company. Fsica. 2da. ed. Tr. de J. Aguilar Peris y Juan de la Rubia. Zaragoza: Revert, 1966.Gamow, George y Cleveland, John M. Fsica. Tr. de Albino Yusta Almarza. Madrid: Aguilar, 1975.Holton, Gerald. Centennial Focus: Millikan's Measurement of Planck's Constant. Physical Review Focus. Story 23. Rev. 7, 355. (1999).Machlup, Stefan. Fsica. Tr. de Hugo Villagmez Velzquez. Mxico: Limusa, 1995.Resnick, Robert y Halliday, David. Fsica. 3ra. ed. Tr. de Ral Gmez Gonzlez. V.2 Mxico: Continental, 1982.Rodrguez Meza, M.A. y Cervantes Cota, Jorge L. La Fsica a 100 aos de Einstein: El Efecto Fotoelctrico. V. 13. Num. 03. Mxico: Ciencia Ergo Sum, 2006.Serway, Raymond A. Fsica. 4ta. ed. Tr. de Gabriel Nagore Czares. V.4. Mxico: Offset, 1999.

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