El efecto fotoeléctrico y la teoría cuántica

El efecto fotoeléctrico

Consiste en la emisión de electrones por algunos metales cuando son iluminados con luz.

Su interpretación no podía ser explicada si se usaba la teoría disponible en la época.

Einstein, utilizando las ideas de la teoría cuántica de Planck, sugirió que la luz estaba formada por cuantos de energía (fotones). La energía de los cuantos luminosos está ligada con su frecuencia según la fórmula de Planck: E = hf. Existe una frecuencia umbral, f0, por debajo de la cual no existe emisión de fotoelectrones, aunque se aumente la intensidad de la luz. Esta frecuencia umbral es característica de cada metal.

Ecmax = ½mev2max = eVf.

Niels Bohr, basándose en la teoría cuántica de Planck, propuso un nuevo modelo de átomo para explicar las observaciones experimentales.

1. Cualquiera que sea la órbita descrita por un electrón, este no emite energía. Las órbitas son consideradas como estados estacionarios.
2. Sólo pueden existir aquellas órbitas que tengan ciertos valores de energía, dados por el número cuántico principal, n. Solamente son posibles las órbitas para las cuales el número cuántico principal toma valores enteros. Podemos decir que las órbitas están cuantizadas, y por ende, el momento angular del electrón también.
3. El electrón solo puede pasar de unas órbitas a otras absorbiendo o emitiendo fotones. La energía liberada al caer un electrón desde una órbita superior, de energía E2, a otra inferior, de energía E1, se emite en forma de luz. La frecuencia de la luz emitida viene dada por la expresión: E2 - E1 = hf

Cuando más calentamos un cuerpo, más radiación emite. Para estudiar la radiación emitida utilizamos un cuerpo negro, que es aquel que absorbe todas las radiaciones que le llegan, y por tanto será un emisor ideal. La aplicación de la física clásica, propuesta por Rayleigh-Jeans con la ecuación, llevaba a la conclusión de que la energía emitida debería aumentar con la temperatura y disminuir con la longitud de onda a la cuarta. Pero, los experimentos indican que el poder emisivo cae bruscamente para longitudes de onda pequeñas. La física clásica, por tanto, solamente da resultados ajustados a los datos experimentales para longitudes de onda elevadas. Este hecho no tenía solución. La física clásica no podía explicar los hechos experimentales.

Max Planck proporcionó una solución. Los intercambios de energía entre materia y radiación tienen lugar por cuantos de energía. El cuanto es proporcional a la frecuencia de la radiación según la expresión E = hf, donde h es la constante de Planck.