FísicaFácilCuestión · 1 pts

Efecto fotoeléctrico y cuantización

Castilla-La Mancha · 2017 · Septiembre · Opción A
Enunciado
Una superficie metálica se ilumina con luz de frecuencia f1=8⋅1014 Hzf_1 = 8\cdot 10^{14}\,\text{Hz} y se observa que emite electrones. Después se ilumina la misma superficie con otra fuente de luz de frecuencia f2=5⋅1014 Hzf_2 = 5\cdot 10^{14}\,\text{Hz} que es 20 veces más intensa que la primera, pero en este segundo caso no se registra la emisión de ningún electrón. Dar una explicación razonada para esta observación. ¿Cómo se llama el fenómeno físico que describe?
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Resultado
  Efecto fotoeleˊctrico: f2<f0<f1; la intensidad no cambia la energıˊa de cada fotoˊn  \boxed{\;\text{Efecto fotoeléctrico: } f_2 < f_0 < f_1;\ \text{la intensidad no cambia la energía de cada fotón}\;}
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Estrategia

Según Einstein, la luz está formada por fotones de energía hfhf, y cada electrón absorbe la energía de un solo fotón. Que haya emisión depende de la frecuencia, no de la intensidad.
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Desarrollo

Es el efecto fotoeléctrico. Cada fotón tiene energía E=hfE = hf y la cede entera a un electrón, que solo escapa del metal si esa energía supera el trabajo de extracción W0W_0, es decir, si ff es mayor que la frecuencia umbral f0=W0/hf_0 = W_0/h.
  • Con f1=8⋅1014 Hzf_1 = 8\cdot 10^{14}\,\text{Hz} hay emisión: f1>f0f_1 > f_0.
  • Con f2=5⋅1014 Hzf_2 = 5\cdot 10^{14}\,\text{Hz} no la hay: f2<f0f_2 < f_0. Cada fotón tiene demasiada poca energía.
Aumentar la intensidad solo aumenta el número de fotones, no la energía de cada uno: veinte veces más fotones insuficientes siguen sin arrancar ningún electrón. La frecuencia umbral del metal está, por tanto, entre 5⋅10145\cdot 10^{14} y 8⋅1014 Hz8\cdot 10^{14}\,\text{Hz}.
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Consejo

Este experimento es justo el que la física clásica no podía explicar (para ella, más intensidad debería bastar) y el que llevó a Einstein a proponer el fotón.
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