Física Moderna: Radiación, Cuantos y Efecto Fotoeléctrico

Física Moderna: Conceptos Fundamentales

Radiación Térmica del Cuerpo Negro

Se llama radiación de un cuerpo a la energía electromagnética que emite debido a su temperatura. Por tanto, la frecuencia de la radiación que emite un cuerpo caliente aumenta con la temperatura.

Un cuerpo negro es aquel que absorbe toda la radiación que le llega y no refleja ninguna parte de ella. Por tanto, es capaz de emitir cualquier tipo de radiación. Se trata de un concepto ideal.

Para un cuerpo negro, la intensidad irradiada es proporcional a la cuarta potencia de su temperatura absoluta.

Hipótesis Cuántica de Planck

Según esta hipótesis, cada uno de los osciladores atómicos solo puede emitir o absorber energía, en forma de radiación electromagnética, en cantidades que son proporcionales a su frecuencia de vibración.

La Física Clásica supone que los osciladores pueden vibrar con cualquier frecuencia. Sin embargo, la hipótesis cuántica nos dice que los osciladores solo pueden vibrar con frecuencias que sean múltiplos enteros de una cierta frecuencia.

Esto significa que la energía de estos osciladores está cuantizada, es decir, que la energía es emitida o absorbida en “paquetes” o “cuantos” de valor hf.

Dicho de otra forma, cada oscilador solo puede ocupar uno de entre varios niveles de energía, como si se tratase de peldaños de una escalera: si el oscilador absorbe un cuanto de energía sube un peldaño, si lo emite desciende un peldaño.

Un oscilador radia solamente cuando pasa de un valor permitido de energía al valor próximo menor, y la disminución de energía que experimenta se emite en forma de radiación electromagnética, con energía E = hf.

Efecto Fotoeléctrico

El Efecto Fotoeléctrico consiste en que ciertas sustancias, principalmente metales, emiten electrones cuando sobre ellos incide luz visible u otra radiación de corta longitud de onda.

Al estudiar detenidamente este efecto, se observan los siguientes hechos experimentales:

• Cuando se produce el Efecto Fotoeléctrico, la emisión de electrones es instantánea.
• No todas las radiaciones producen Efecto Fotoeléctrico, solo aquellas cuya frecuencia supere un cierto valor mínimo, característico de cada sustancia. A esta frecuencia mínima (f₀) se le llama frecuencia umbral.
• Si la frecuencia de la radiación incidente es menor que f₀, no hay emisión de electrones, aunque se aumente la intensidad luminosa.
• Por encima de f₀, un aumento en la intensidad luminosa produce un incremento del número de electrones emitidos y, por tanto, un aumento de la intensidad de corriente.
• La Energía Cinética (Ec) de los electrones desprendidos no depende de la intensidad de la radiación, sino de su frecuencia, siendo la relación entre la Ec y la frecuencia lineal.
• Para diferentes metales, la frecuencia umbral (f₀) varía, pero la gráfica de la variación de la Energía Cinética (Ec) con la frecuencia tiene la misma pendiente en todos los casos.