4.2. La explicación de Einstein
La salida de este atasco la encontró Albert Einstein (1879-1955) en 1905 con su explicación del efecto fotoeléctrico.
Recuerda que Planck propuso que la radiación se emitía o absorbía en forma de pequeños paquetes de energía llamados cuantos. Einstein fue más lejos y postuló que la radiación viajaba en forma de paquetes a los que llamó fotones. La idea consistía en suponer el efecto fotoeléctrico como un conjunto de interacciones individuales entre un fotón (componente de la radiación) y un electrón (del metal).
Hagamos un balance de energía. El fotón tiene una energía que le cede al electrón. Parte de esta energía el electrón la usa para superar la energía potencial que lo mantiene ligado al metal y parte se transforma en energía cinética.
Energía del fotón = Trabajo de extracción + Energía cinética de los electrones
Fíjate cómo podemos explicar ahora los resultados del experimento:
- Para que exista efecto fotoeléctrico los fotones de la radiación incidente deben tener, al menos, una energía igual al trabajo de extracción (W0). La frecuencia f0 de esta energía mínima necesaria es la frecuencia umbral. Se cumple entonces:
- Si los fotones tienen la energía suficiente, al interaccionar con los electrones se produce el efecto fotoeléctrico sin tiempo de retraso.
- Una luz más intensa significa una luz con más fotones, no con fotones más energéticos. Por lo tanto, al aumentar la intensidad de la luz, aumentará el número de fotoelectrones emitidos (intensidad de la corriente fotoeléctrica), pero no aumentará la energía cinética de estos.
La siguiente simulación (imagen de la derecha) permite visualizar el efecto fotoeléctrico y modificar los valores de longitud de onda e intensidad de la radiación, el metal que constituye el fotocátodo o la diferencia de potencial entre los electrodos. También puedes ver un vídeo explicativo de esta simulación (imagen de la izquierda).
Vídeo de cibermatex alojado en Youtube |
Finalmente, una forma de calcular la energía cinética máxima de los fotoelectrones consiste en invertir la polaridad del dispositivo y, de esta manera, frenarlos. Cuando cesa la corriente fotoeléctrica (el amperímetro marca 0) habremos conseguido frenar los electrones más rápidos. La diferencia de potencial a la que ocurre esto se llama potencial de frenado V0 y se cumple: