Cómo aplicar la teoría cuántica para explicar el efecto fotoeléctrico

En finales del 19 y principios del XX, los científicos descubrieron un número creciente de fenómenos desconcierto no podía explicar mediante la física clásica solo. Tal fenómeno fue el efecto fotoeléctrico. Luz ultravioleta en un pedazo de metal brillante hizo que emiten electrones, pero sólo si la frecuencia de la luz excede un cierto umbral. Por debajo de ese umbral, no electrones fueron puestos en libertad, independientemente de la intensidad de la luz. Este comportamiento peculiar fue uno de los pedazos de evidencia que condujo al desarrollo de la mecánica cuántica. En 1905, Albert Einstein publicó un documento proponiendo una explicación del efecto fotoeléctrico; más tarde ganó el Premio Nobel por este y otros trabajos relacionados.

Instrucciones

• Recordemos que la luz se puede describir como partículas llamadas fotones, un poco como "paquetes" de luz, cada uno con un valor discreto de la energía. Un fotón tiene una energía dada por la ecuación famosa de Max Planck, E = (constante de Planck de) x (frecuencia de la luz). Planck desarrolló esta ecuación en el año 1900, unos años antes de que Einstein comenzó a estudiar el efecto fotoeléctrico.

• Hacer varios supuestos (los mismo supuestos Einstein) acerca de la naturaleza de este efecto. Asumir que cuando un fotón de luz es absorbido por un electrón en el metal, aumenta la energía del electrón. Asumen también que tarda una determinada cantidad de energía para expulsar completamente un electrón del metal, y que cualquier exceso de energía sobrante en ese momento se convertirá en energía cinética o energía de movimiento.

• Utilice estos supuestos para hacer algunas predicciones cualitativas (como Einstein hizo en su papel 1905). Hasta una determinada frecuencia no se emite electrones. Más allá de ese umbral, aumento de la frecuencia hará que los electrones expulsados a moverse a una velocidad más alta. Aumentar la intensidad de la luz aumentará el número de electrones expulsados si y solamente si es mayor que el umbral de frecuencia de la luz.

• Describir matemáticamente estas ideas. Einstein llamó la energía necesaria para expulsar un electrón la "función de trabajo." generalmente representada por la letra griega Φ. Dado lo anterior, electrones sólo se expulsará si (Planck constante de) x (frecuencia de la luz) = Φ, y la energía de un electrón expulsado será igual a (constante de Planck de) x (frecuencia de la luz) - Φ. Esta última ecuación se verificó más tarde experimentalmente. Basado en esta información, Einstein propuso que la radiación electromagnética podría describirse como ondas y como partículas ("fotones"), los científicos de vista llevan a cabo hoy.


© 2020 Usroasterie.com | Contact us: webmaster# usroasterie.com