Junio 98/99, Opción B
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Contesta razonadamente las siguientes preguntas acerca del efecto fotoeléctrico:

  1. ¿Depende la energía de los fotoelectrones de la intensidad de la radiación incidente?. ¿Y de su longitud de onda?.

  2. ¿Qué es el potencial de frenado (o de corte)?. Explica su dependencia con la frecuencia de la luz incidente.

SOLUCIÓN

  1. Cuando se analiza el efecto fotoeléctrico se observan una serie de fenómenos sorprendentes si se pretenden explicar desde la física clásica.

Ø Sólo existe emisión de electrones cuando la frecuencia de la luz incidente tiene un valor superior a un valor de frecuencia característico para cada metal, que recibe el nombre de frecuencia umbral. Si la frecuencia de la luz incidente es inferior a ese valor no se produce la emisión.

Ø Para un valor de frecuencia de la luz incidente superior a la frecuencia umbral, un aumento de intensidad luminosa produce un aumento del número de electrones emitidos, pero su energía cinética máxima no se modifica.

Por lo tanto, la energía de los fotoelectrones emitidos es independiente de la intensidad de la luz incidente y depende de la frecuencia de la luz incidente y por lo tanto de la longitud de onda.

Si se representa la gráfica de la energía de los fotoelectrones emitidos en función de la frecuencia del fotón incidente para un determinado metal de frecuencia umbral (f0), se obtiene:

Desde el punto de vista clásico, en la teoría ondulatoria la energía de la luz depende de la intensidad de la misma, y por lo tanto, la energía de los electrones emitidos debería aumentar con la intensidad de la luz, cosa que no sucede.

 

  1. Cuando los electrones "saltan" del metal lo hacen con una energía determinada que depende de la frecuencia del fotón incidente. Una vez que el electrón abandona la superficie del metal, es atraído hacia la placa positiva con una fuerza que ejece sobre él el campo eléctrico que existe entre las placas. Ambas acciones se unen para que el electrón llegue más rápidamente a la placa positiva. (fig a)

Para medir esa energía cinética con la que los electrones son emitidos se invierte la polaridad de las placas y se establece una diferencia de potencial entre ellas, de tal modo que se vayan frenando los electrones. El campo eléctrico ejerce una fuerza de sentido contrario a la velocidad que lleva el electrón cuando es arrancado, de modo que se frena. (fig b) El valor del potencial mínimo para el que los electrones no llegan a la placa negativa se conoce con el nombre de potencial de frenado.

EC (fotoelectrones) = Trabajo de frenado = qe · Vfrenado

La relación del potencial de frenado con la frecuencia de la luz incidente puede obtenerse a partir de la ecuación de Einstein sobre el efecto fotoeléctrico.

E (fotón incidente) = Trabajo de extracción + Ecinética de los electrones emitidos

donde:

Ø f representa la frecuencia de la radiación incidente

Ø f0 representa la frecuencia umbral

Ø h corresponde a la constante de Plank

Ø qe corresponde a la carga del electrón