El físico teórico Albert Einstein recibió su Premio Nobel por descubrir el misterio de la energía cinética de los fotoelectrones. Su explicación puso a la física al revés. Descubrió que la energía transportada por la luz no dependía de su intensidad o brillo, al menos no de la forma en que los físicos de la época lo entendían. La ecuación que creó es simple. Puedes duplicar el trabajo de Einstein en solo unos pocos pasos.
Determina la longitud de onda de la luz incidente. Los fotoelectrones se expulsan de un material cuando la luz incide en la superficie. Diferentes longitudes de onda darán como resultado una energía cinética máxima diferente.
Por ejemplo, podrías elegir una longitud de onda de 415 nanómetros (un nanómetro es una milmillonésima parte de un metro).
Calcula la frecuencia de la luz . La frecuencia de una onda es igual a su velocidad dividida por su longitud de onda. Para la luz, la velocidad es de 300 millones de metros por segundo, o 3 x 10 ^ 8 metros por segundo.
Para el problema de ejemplo, la velocidad dividida por la longitud de onda es de 3 x 10 ^ 8/415 x 10 ^ -9 = 7.23 x 10 ^ 14 Hertz.
Calcule la energía de la luz. El gran avance de Einstein fue determinar que la luz entraba en pequeños paquetes de energía; la energía de esos paquetes era proporcional a la frecuencia. La constante de proporcionalidad es un número llamado Constante de Planck, que es 4.136 x 10 ^ -15 eV-segundos. Entonces la energía de un paquete de luz es igual a la constante de Planck x la frecuencia.
La energía de los cuantos de luz para el problema de ejemplo es (4.136 x 10 ^ -15) x (7.23 x 10 ^ 14) = 2.99 eV.
Busque la función de trabajo del material. La función de trabajo es la cantidad de energía necesaria para hacer que un electrón se suelte de la superficie de un material.
Por ejemplo, seleccione sodio, que tiene una función de trabajo de 2.75 eV.
Calcule el exceso de energía transportado por la luz. Este valor es la energía cinética máxima posible del fotoelectrón. La ecuación, que Einstein determinó, dice (energía cinética máxima de electrones) = (energía del paquete de energía de luz incidente) menos (la función de trabajo).
Por ejemplo, la energía cinética máxima del electrón es: 2.99 eV - 2.75 eV = 0.24 eV.
Consejo
La función de trabajo para la mayoría de los materiales es lo suficientemente grande como para que la luz requerida para generar fotoelectrones se encuentre en la región ultravioleta del espectro electromagnético.
