La frecuencia umbral de un metal se refiere a la frecuencia de la luz que hará que un electrón se desplace de ese metal. La luz debajo de la frecuencia del umbral de un metal no expulsará un electrón. La luz en la frecuencia umbral desalojará el electrón sin energía cinética. La luz por encima de la frecuencia umbral expulsará un electrón con algo de energía cinética. Estas tendencias se conocen como efecto fotoeléctrico.
El efecto fotoeléctrico
El efecto fotoeléctrico describe la forma en que la frecuencia de la luz incidente determina si un átomo libera un electrón. Heinrich Hertz originalmente observó este efecto en 1886. Estas observaciones contrastaban la hipótesis de que la intensidad de la luz se correlacionaría directamente con si un metal liberaba un electrón. Los metales liberaron electrones incluso con luz de baja intensidad. En cambio, al aumentar la intensidad de la luz aumentó la cantidad de electrones emitidos. El aumento de la frecuencia dio a los electrones más energía cinética. Más tarde, Albert Einstein ayudó a dar sentido a estas observaciones. Teorizó que la luz lleva una cantidad diferente de energía en función de su frecuencia, y que esta energía se cuantifica en partículas llamadas fotones.
Frecuencia de umbral
La frecuencia del umbral es la frecuencia de la luz que transporta suficiente energía para desalojar un electrón de un átomo. Esta energía se consume por completo en el proceso (ver Referencias 5). Por lo tanto, el electrón no obtiene energía cinética en la frecuencia de umbral y no se libera del átomo. En cambio, la luz debe tener un poco más de energía que la que está presente en la frecuencia del umbral para proporcionar una energía cinética de electrones.
La función de trabajo
La función de trabajo es una forma de describir el cantidad de energía dada a un electrón en la frecuencia umbral. La función de trabajo es igual a la frecuencia umbral multiplicada por la constante de Planck. La constante de Planck es la constante de proporcionalidad que relaciona la frecuencia de un fotón con su energía. Por lo tanto, se requiere la constante para convertir entre las dos cantidades. La constante de Planck es igual a aproximadamente 4.14 x 10 ^ -15 electrón voltios-segundos. Las unidades de la función de trabajo son electronvolts. Un electrón voltio es la energía necesaria para mover un electrón a través de una diferencia de potencial de un voltio. Diferentes metales tienen funciones de trabajo características y, por lo tanto, frecuencias de umbral características. Por ejemplo, el aluminio tiene una función de trabajo de 4.08 eV, mientras que el potasio tiene una función de trabajo de 2.3 eV.
Variaciones en las funciones de trabajo y frecuencia de umbral
Algunos materiales tienen una serie de funciones de trabajo diferentes . Esto se debe a la energía de la función de trabajo de un metal dependiendo de la posición del electrón en ese metal. La forma precisa de la superficie de un metal determinará exactamente dónde y cómo se mueven los electrones en el metal. Por lo tanto, la frecuencia de umbral y la función de trabajo pueden variar. Por ejemplo, la función de trabajo de la plata puede variar de 3.0 a 4.75 eV.
