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Efecto fotoeléctrico y cuantización
Castilla y León · 2025 · Junio
Enunciado
Iluminamos un metal con el propósito de arrancarle electrones por efecto fotoeléctrico. Explique las diferencias que observaremos: (1 punto)
a) Al iluminarlo con luz roja respecto a hacerlo con luz azul.
b) Al iluminarlo con un haz de luz intenso respecto a iluminarlo con otro más débil.
a) Al iluminarlo con luz roja respecto a hacerlo con luz azul.
b) Al iluminarlo con un haz de luz intenso respecto a iluminarlo con otro más débil.
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Resultado
La frecuencia (color) decide si hay emisión y la energía cinética de los electrones; la intensidad solo cambia cuántos electrones se arrancan por segundo.
Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo
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Estrategia
Según Einstein, la luz está formada por fotones de energía , y cada fotón cede toda su energía a un solo electrón. Así, el color (la frecuencia) decide si se arrancan electrones y con qué energía cinética salen, mientras que la intensidad (el número de fotones por segundo) decide cuántos electrones se arrancan.
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Desarrollo
La ecuación de Einstein del efecto fotoeléctrico es:donde es la frecuencia de la luz, el trabajo de extracción del metal (la energía mínima para arrancar un electrón), la frecuencia umbral y la energía cinética máxima de los electrones emitidos.
a) La luz roja tiene menor frecuencia (mayor longitud de onda) que la azul, así que sus fotones transportan menos energía:Pueden darse dos situaciones:
a) La luz roja tiene menor frecuencia (mayor longitud de onda) que la azul, así que sus fotones transportan menos energía:Pueden darse dos situaciones:
- Si la frecuencia de la luz roja está por debajo de la umbral () y la de la azul por encima, con luz roja no se arranca ningún electrón (por intensa que sea) y con luz azul sí.
- Si las dos superan la frecuencia umbral, con las dos hay emisión, pero los electrones arrancados con luz azul salen con mayor energía cinética máxima, (y hace falta un potencial de frenado mayor para detenerlos).
- Si , el haz intenso arranca más electrones por segundo (mayor corriente fotoeléctrica), pero estos salen con la misma energía cinética máxima que con el haz débil.
- Si , no hay emisión ni con el haz intenso ni con el débil: aumentar la intensidad no sirve para superar el umbral.
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Consejo
El error típico es decir que con más intensidad los electrones salen más rápidos. Recuerda que cada electrón absorbe un solo fotón: más fotones dan más electrones, no electrones más energéticos.
Para decir qué color tiene más frecuencia, piensa en el orden del espectro visible: rojo, naranja, amarillo, verde, azul, violeta (de menor a mayor frecuencia).
Paso 1 de 3
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