Cómo físicos resolvieron el efecto fotoeléctrico de la luz
El efecto fotoeléctrico fue uno de los muchos resultados experimentales que formaban una crisis de la física clásica alrededor de la vuelta del siglo 20. También fue uno de los primeros éxitos de Einstein, y proporciona la prueba de la cuantización de la luz. Esto es lo que pasó.
Cuando brillar la luz sobre metal, como la figura de arriba muestra, se obtiene electrones emitidos. Los electrones absorben la luz brillar, y si tienen suficiente energía, que son capaces de liberarse de la superficie del metal. Según la física clásica, la luz es una onda, y se puede intercambiar cualquier cantidad de energía con el metal. Cuando haz de luz en un pedazo de metal, los electrones en el metal debe absorber la luz y poco a poco reunir suficiente energía para ser emitida por el metal. La idea era que si usted fuera a brillar más luz sobre el metal, los electrones deben ser emitidos con una energía cinética superior. Y la luz muy débil no debe ser capaz de emitir electrones en absoluto, excepto en cuestión de horas.
Pero eso no es lo que pasó - electrones se emitieron tan pronto como alguien brilló luz sobre el metal. De hecho, no importa lo débil que la intensidad de la luz incidente (y los investigadores intentaron experimentos con una luz tan débil que debería haber tomado horas para conseguir algún electrones emitidos), se emitían electrones. Inmediatamente.
Los experimentos con el efecto fotoeléctrico mostraron que la energía cinética, K, de los electrones emitidos dependía sólo de la frecuencia - no la intensidad - de la luz incidente, como se puede ver en esta figura.
En la figura,
se llama la frecuencia umbral, y si usted brilla la luz con una frecuencia por debajo de este umbral en el metal, no se emiten electrones. Los electrones emitidos proceden de la piscina de los electrones libres en el metal (todos los metales tienen una piscina de electrones libres), y lo que necesita para abastecer a estos electrones con una energía equivalente a la función de trabajo del metal, W, para emitir los electrones del metal de superficie.
Los resultados eran difíciles de explicar clásico, por lo que entraron Einstein. Este fue el comienzo de su apogeo, alrededor de 1905. Animado por el éxito de Max Planck, Einstein postuló que no sólo se osciladores cuantificados pero también lo era la luz - en unidades discretas llamadas fotones. Luz, sugirió, actuaron como partículas, así como olas.
Así que en este esquema, cuando la luz golpea una superficie de metal, los fotones golpean los electrones libres, y un electrón absorbe por completo cada fotón. Cuando la energía,
del fotón es mayor que la función de trabajo del metal, el electrón se emite. Eso es,
donde W es función de trabajo del metal y K es la energía cinética del electrón emitido. Despejando K le da la siguiente:
La función de trabajo se puede expresar en términos de la frecuencia umbral,
También puede escribir esto en términos de la frecuencia de umbral de esta manera:
Así que al parecer, la luz no es sólo una onda también se puede ver como una partícula, el fotón. En otras palabras, la luz se cuantifica.
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