Problema resuelto de Física: Efecto fotoeléctrico y cuantizaciónSelectividad (PAU) · Comunitat Valenciana 2025 · Julio

El fenómeno. Es el efecto fotoeléctrico: la emisión de electrones por un metal cuando se ilumina con luz de frecuencia suficientemente alta. Einstein lo explicó (1905) suponiendo que la luz está formada por fotones, cada uno con energía$$E_{\text{fotón}} = h\,f$$Cada fotón interacciona con un solo electrón y le cede toda su energía. Para arrancarlo hay que vencer el trabajo de extracción $W_0 = h f_0$, propio del metal; lo que sobra es la energía cinética máxima del electrón:$$h\,f = W_0 + E_{c,\text{máx}}\quad\Longrightarrow\quad E_{c,\text{máx}} = h\,f - W_0 = h\,(f - f_0)$$Por eso solo hay emisión si $f > f_0$ (frecuencia umbral), y es instantánea. Si el metal del enunciado emite electrones, la luz tiene una frecuencia mayor que la umbral.

Al aumentar la frecuencia. Cada fotón trae más energía, $hf$, y el trabajo de extracción no cambia (depende del metal). La energía cinética máxima de los electrones aumenta, y lo hace linealmente con la frecuencia, con pendiente $h$: $\Delta E_{c,\text{máx}} = h\,\Delta f$.

Al aumentar la intensidad sin cambiar la frecuencia. Más intensidad, con la misma frecuencia, significa más fotones por segundo, cada uno con la misma energía. Por tanto se arrancan más electrones por segundo (aumenta la corriente fotoeléctrica), pero la energía cinética de cada electrón no cambia. Esto es lo que la teoría ondulatoria clásica no podía explicar: según ella, una luz más intensa debería dar electrones más rápidos.