El Efecto FotoelctricoElefecto fotoelctricoes el fenmeno en el que las partculas de luz llamadas fotn, impactan con los electrones de un metal arrancndolos de sus tomos. El electrn se mueve durante el proceso, dando origen a una corriente elctrica.El efecto fotoelctrico fue descubierto por Heinrich Hertz en 1887 cuando estudiaba las ondas electromagnticas predichas por la teora de Maxwell del campo electromagntico. Experiment que la chispa entre dos esferas de metal se volva ms brillante y se incrementaba la descarga elctrica, cuando una de ellas se hallaba iluminada con luz ultravioleta.

Heinrich Hertz En 1899, Thomson sostuvo que las partculas emitidas en el efecto fotoelctrico producido por la luz ultravioleta eran electrones ya que el valor del cociente m/q (masa/carga elctrica) medido para estas coincida con el de los electrones, la comunidad de fsicos acept la conclusin de Thomson e impuso la denominacin de fotoelectrones, aceptando que su generacin poda deberse tanto a la luz ultravioleta como a radiacin de cualquier otra frecuencia.Posteriormente, en 1902, PhilippLenard llev a cabo un estudio experimental sistemtico del efecto fotoelctrico y descubri que tambin se produca al ubicar dos placas metlicas dentro de un tubo de vidrio en el que se haba hecho el vaco. Philipp Lenard, demostr tambin que la luz ultravioleta facilita la descarga debido a que ocasiona la emisin de electrones desde la superficie del ctodo, siendo esta emisin el efecto fotoelctrico. Adems comprob que:1) Cuando la luz de frecuencia v es mayor o igual a e incide sobre una placa K metlica limpia de un metal, como el tungsteno o el zinc, partculas cargadas negativamente son emitidas por el metal y viajan hacia el electrodo positivo P.2) Esta emisin ocurre cuando el tubo es altamente evacuado, de manera que los portadores de la carga no son iones gaseosos.3) Un campo magntico aplicado en la regin entre K y P desva los portadores cargados como si fueran negativos.4) La razn medida de la carga a la masa para los portadores cargados fue:

Que coincide con el valor encontrado por Millikan y Thomson para el electrn.As pues, el dispositivo usado para explicar el efecto fotoelctrico queda de la forma: dos superficies metlicas A (nodo) y C (ctodo) contenidas en un recipiente en el que se ha hecho el vaco, un haz de luz monocromtica (se generaliza el caso particular de la ultravioleta) y una ventana de cuarzo en la regin de incidencia de la radiacin electromagntica. La corriente fotoelctrica se medir con un galvanmetro G. El potencial existente entre A y C es la suma de la diferencia de potencial aplicada desde el exterior de forma controlada (pudiendo ser positiva o negativa) y, del potencial de contacto entre los metales.

Si se representa la Intensidad de corriente fotoelctrica en funcin del potencial V para dos valores de intensidad luminosa incidente se obtiene:

Cuando la diferencia de potencial entre A y C es positiva se alcanza un valor de saturacin Ic. Todos los electrones que abandonan C, son recogidos por A. Cuando V empieza a tomar valores negativos la corriente no se anula de forma brusca como sucedera si los fotoelectrones se desprendieran del metal con energa cintica nula. En este caso, la energa cintica que han adquirido gracias a la luz incidente les permite avanzar venciendo la fuerza repulsiva generada por el potencial V hasta un valor V0a partir del cual Ic= 0 y ningn electrn consigue llegar a A. Este valor, se conoce como potencial de frenado y es independiente de la intensidad de la radiacin incidente.e|V0| = Kmaxdonde Kmaxes la energa cintica de los electrones ms rpidos que sern los nicos que dispondrn de energa suficiente para llegar.Antes de 1905 se haban establecido experimentalmente tres hechos empricos asociados al efecto fotoelctrico que no tenan una explicacin terica satisfactoria en el marco de la concepcin ondulatoria de la luz y contradecan, por tanto, la fsica establecida. Los fenmenos observados fueron los siguientes:1.-La existencia de una frecuencia umbral de la luz incidente, por debajo de la cual no se observa la emisin de fotoelectrones, cualquiera que sea la intensidad de la luz y el tiempo. Superado ese umbral, los electrones se emiten con independencia de lo dbil que sea el haz luminoso. Esto contradice la teora electromagntica, segn la cual la densidad de energa (por unidad de volumen) de una onda luminosa es proporcional a su intensidad (suma de los cuadrados de los mdulos de las amplitudes de los campos elctrico y magntico correspondientes). A pesar de que la frecuencia de la luz sea muy baja, con suficiente intensidad luminosa o tiempo debera llegar un momento en el que los electrones adquiriesen la energa necesaria para escapar de los tomos. En suma, dado un tiempo suficientemente prolongado de irradiacin, el efecto fotoelctrico tendra que producirse con luz de cualquier frecuencia e intensidad.2.-La energa de los fotoelectrones aumenta con la frecuencia de la luz incidente. Esto nuevamente resulta incompatible con la electrodinmica de Maxwell, donde la densidad de energa de una onda luminosa no tiene relacin alguna con su frecuencia. 3.-La ausencia de tiempo de retardo en la emisin de fotoelectrones, con independencia del valor de la intensidad de la luz incidente.Segn la teora electromagntica deba existir un tiempo de retardo entre el instante de incidencia de la luz y el de emisin de fotoelectrones, que se deba a que para intensidades de iluminacin muy bajas, los fotoelectrones requeran un cierto tiempo para adquirir la energa necesaria para abandonar el metal. Las mediciones, no obstante, mostraban que cuando la luz alcanzaba la frecuencia crtica, cualquiera que fuese su intensidad, no se produca retardo temporal alguno en la produccin del efecto fotoelctrico.

TEORA CUNTICA DE EINSTEIN DEL EFECTO FOTOELCTRICOEn 1905, Einstein explic el efecto fotoelctrico satisfactoriamente al introducir su teora cuntica de la luz.

Albert Einstein Einstein supuso que la energa de la luz no estaba distribuida de manera continua, como en una onda luminosa, sino de manera discreta, en cuantos indivisibles de energa E = h (donde es la frecuencia). Einstein postul que en las interacciones entre luz y materia, la energa se intercambiaba de forma localizada, mediante la absorcin o emisin de un cuanto luminoso que posteriormente G.N. Lewis llamara fotn. Para ello consider que los cuantos al propagarse en el vaco no experimentan interaccin mutua por existir gran separacin entre ellos.Einstein consideraba que el efecto fotoelctrico se produce cuando sobre la superficie metlica que hace de electrodo incide un nmero finito de cuantos de luz que interaccionan con los electrones del ctodo. Cada cuanto es absorbido por un nico electrn al que le transfiere toda su energa. Los electrones excitados pierden parte de esta energa en el trabajo de extraccin w0que deben realizar para escapar de las fuerzas que les mantienen ligados al metal.Los fotoelectrones con mayor energa cintica son los que se encuentran en la superficie metlica y no pierden energa en desplazamientos interiores. Si uno de esos fotoelectrones absorbe un fotn de energa h, su energa cintica podr expresarse de la forma:Kmax= h w0donde Kmaxno depende de la intensidad incidente puesto que cada electrn interacta con un nico cuanto.

De la ecuacin anterior se desprende que el fotoelectrn slo puede emitirse si el cuanto de luz incidente tiene una energa superior al trabajo de extraccin. Por tanto, el umbral de frecuencia del cuanto luminoso ser:0= w0/hCon la introduccin de la cuantizacin de la luz los resultados experimentales que eran anmalos para la electrodinmica de Maxwell podan justificarse:1.-La existencia de un umbral en la frecuencia de la luz incidente, como se ha visto, puede interpretarse suponiendo que cada electrn absorbe un nico cuanto de luz. Dado que la energa del cuanto es proporcional a su frecuencia, si sta no supera un valor mnimo, la energa asociada no ser suficiente para desprender el fotoelectrn. Esta energa mnima depender de la composicin del cuerpo irradiado, es decir, de la energa con la que los electrones estn ligados a cada sustancia.

2.-La relacin de proporcionalidad entre la energa de los fotoelectrones y la frecuencia de la luz incidente, viene dada de la frmula de Planck E = h que predice con exactitud el valor de la energa para un valor de frecuencia dado y muestra que la energa de los cuantos no depende de la intensidad. Si se incrementa esta ltima habr un mayor nmero de cuantos pero no variar la energa de los mismos.3.-La ausencia de retraso temporal se entiende suponiendo que la absorcin y emisin de los cuantos de luz por la materia se realiza de manera instantnea, o, al menos, que se trata de procesos que duran un tiempo caracterstico de la escala atmica.

Bibliografa: Eisberg, Resnick, Fsica Cuntica, editorial Limusa Wiley, Captulo 2. Acosta V., Curso de Fsica Moderna, Oxford university press, captulo 7 http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/cuantica/fotoelectrico/fotoelectrico.htm https://losmundosdebrana.wordpress.com/2013/05/28/la-historia-del-efecto-fotoelectrico/ http://www.educaplus.org/luz/lcomoparticula.html