Fundamentos de la Radiación del Cuerpo Negro y el Efecto Fotoeléctrico

Radiación Térmica del Cuerpo Negro e Hipótesis Cuántica de Planck

Características de la Radiación del Cuerpo Negro

• Se denomina radiación térmica a la energía electromagnética que emite un cuerpo debido a su temperatura.
• Las características de la radiación térmica emitida por un cuerpo dependen tanto de la temperatura del cuerpo como de sus características y composición.
• Se llama cuerpo negro a cualquier cuerpo que cumple la condición de ser capaz de absorber toda la radiación que le llega (es decir, no refleja nada).
• Cualquier cuerpo negro presenta la propiedad de que la radiación que emite no depende de su composición, sino únicamente de su temperatura.

La gráfica experimental que representa la energía emitida por un cuerpo negro por segundo, en función de la longitud de onda de la radiación, tiene una forma característica para cada temperatura (T). Aunque el texto original menciona "Ta" y "según la figura", la figura no está presente, así que me centraré en la descripción textual.

• En general, a cualquier temperatura se emiten muchas longitudes de onda. Sin embargo, para cada temperatura, siempre hay una longitud de onda (λ) en la que se produce el máximo de emisión. A partir de ese valor, la energía emitida disminuye tanto para longitudes de onda menores como mayores.
• La longitud de onda en la que se produce el máximo de emisión disminuye con la temperatura, según lo establece la Ley de Desplazamiento de Wien.

Hipótesis Cuántica de Planck

La hipótesis cuántica de Planck puede resumirse en que la materia (los átomos), cuando emite o absorbe energía electromagnética, solo puede hacerlo en forma de "paquetes" o cuantos de energía. El valor de cada cuanto es E = hf, donde 'h' es la constante de Planck y 'f' es la frecuencia de la radiación. Posteriormente, Einstein denominó fotones a estos paquetes de energía.

Efecto Fotoeléctrico

El efecto fotoeléctrico es un fenómeno que consiste en que, al incidir radiación electromagnética de ciertas frecuencias (visibles o ultravioleta) sobre un metal, se desprenden electrones de su superficie (el metal emite electrones) con una determinada energía cinética.

Características del Efecto Fotoeléctrico

Primera Parte

• Existe una frecuencia umbral (f₀): Es la frecuencia mínima, por debajo de la cual no se produce el efecto fotoeléctrico en un determinado metal.
• Si la frecuencia de la radiación (f) es mayor o igual a la frecuencia umbral (f ≥ f₀), se arrancan electrones.
  • Si f = f₀, los electrones se arrancan, pero quedan con velocidad cero (energía cinética nula).
  • Si f > f₀, los electrones se arrancan y salen con energía cinética.
• Cuanto mayor es la frecuencia de la radiación, mayor será la energía cinética de los electrones desprendidos.

Segunda Parte

• La energía cinética máxima de los electrones es independiente de la intensidad de la luz; solo depende de la frecuencia de la radiación y del tipo de metal.
• Si aumenta la intensidad de la luz (manteniendo la frecuencia constante), aumenta el número de electrones arrancados, pero no su energía cinética.
• No existe un "tiempo de retraso": en cuanto se ilumina el metal con una frecuencia adecuada, se produce la salida de electrones de forma prácticamente instantánea.