Efecto fotoeléctrico
El efecto fotoeléctrico fue descubierto y descrito por Heinrich Hertz, en 1887, al observar que el arco que salta entre dos electrodos conectados a alta tensión alcanza distancias mayores cuando se ilumina con luz ultravioleta que cuando se deja en la oscuridad. La explicación teórica fue hecha por Albert Einstein, quien publicó en 1905 el revolucionario artículo “Heurística de la generación y conversión de la luz”, basando su formulación de la fotoelectricidad en una extensión del trabajo sobre los cuantos de Max Planck.
Es uno de los problemas típicos en la Ebau:
Una superficie metálica emite fotoelectrones cuando se ilumina con luz verde pero no emite con luz amarilla. Explique razonadamente qué ocurrirá cuando se ilumine con luz violeta y cuando se ilumine con luz roja. b) Una radiación de 1,8 ·10-7 m de longitud de onda incide sobre una superficie de rubidio, cuyo trabajo de extracción es 2,26 eV. Explique razonadamente si se produce efecto fotoeléctrico y, en caso afirmativo, calcule la frecuencia umbral del material y la velocidad de los electrones emitidos. h = 6,63·10-34 J s; c = 3·108 m s-1; e = 1,6·10–19 C ; me = 9,1·10-31 kg
Cuando se ilumina un metal con un haz de luz monocromática se observa que se produce emisión fotoeléctrica. Si se varía la intensidad del haz de luz que incide en el metal, manteniéndose constante su longitud de onda, ¿variará la velocidad máxima de los electrones emitidos? ¿Y el número de electrones emitidos en un segundo? Razone las respuestas. b) La máxima longitud de onda con la que se produce el efecto fotoeléctrico en un metal es de 7,1·10-7 m. Calcule la energía cinética máxima de los electrones emitidos cuando se ilumina con luz de 5·10-7 m, así como el potencial de frenado necesario para anular la fotocorriente. Justifique todas sus respuestas. h = 6,63·10-34 J s; c = 3·108 m s-1; e = 1,6·10–19C
Explique la teoría de Einstein del efecto fotoeléctrico. b) Se ilumina la superficie de un metal con dos haces de longitudes de onda λ1=1,96·10-7 m y λ2=2,65·10-7 m. Se observa que la energía cinética de los electrones emitidos con la luz de longitud de onda λ1 es el doble que la de los emitidos con la de λ2. Obtenga la energía cinética con que salen los electrones en ambos casos y la función trabajo del metal. h = 6,63·10-34 J s; c = 3·108 m s-1
Considere una superficie metálica de Níquel, perfectamente pulida, para la que el trabajo de extracción vale 5.35 eV. Se ilumina esta superficie con una luz monocromática y se observa que la velocidad máxima de los electrones emitidos es de 5´106 m/s. Calcule: a. La frecuencia umbral y la frecuencia de la luz monocromática incidente. b. La longitud de onda de De Broglie de los electrones de velocidad máxima emitidos. c. La masa relativista de los electrones de velocidad máxima emitidos. En base al resultado obtenido ¿son estos electrones de tipo relativista? Razone su respuesta. Datos: h=6.63×10-34 J·s; c =3×108 m/s; me =9.11×10-31 kg; eV =1.60×10-19 J
Cuando un haz luminoso, cuya longitud de onda es de 300nm, incide sobre el potasio, los electrones que se desprenden de dicho elemento poseen una energía cinética de 1.91eV . Calcular: a) La energía de los fotones incidentes. b) El trabajo de extracción del potasio. c) El potencial electrostático necesario para que la energía cinética de los electrones emitidos se duplique. Datos: h = 6.63 × 10−34 J · s; c = 3 × 108 m · s−1; qe = 1.6 × 10−19 C; 1eV = 1.6 × 10−19 J;1 nm = 10−9 m. Al iluminar potasio con luz amarilla de una lámpara de sodio de λ = 589nm se liberan electrones con una energía cinética máxima de 0,577×10-19 J, y al iluminarlo con luz ultravioleta de una lámpara de mercurio de λ = 254nm, la energía cinética máxima de los electrones emitidos es 5,036×10-19 J. • a) Explique el fenómeno descrito en términos energéticos y determine el valor de la constante de Planck. • b) Calcule el valor del trabajo de extracción del potasio y el valor de la longitud de onda a partir de la cual se produce el efecto fotoeléctrico. • c) Explique qué entiende por potencial de frenado y calcule su valor para los fotoelectrones emitidos a partir de las radiaciones descritas.
Sobre una superficie metálica pulida de aluminio, cuyo trabajo de extracción vale 4,08 eV, incide un haz de luz monocromática y se observa que la velocidad máxima de los electrones emitidos es de 1,0·106 m/s. Calcule: a. La frecuencia de la luz monocromática incidente. b. La longitud de onda de De Broglie asociada a los electrones emitidos a 1,0·106 m/s. c. La longitud de onda de la luz con que hay que iluminar el metal para que la energía cinética máxima de los electrones emitidos sea 6,0·10-19 J. Datos: h=6.63×10-34 J·s; c =3×108 m/s; me =9.11×10-31 kg; eV =1.60×10-19 J