¿Por qué la luz roja no da corriente aunque sea muy intensa?

Un solo fotón debe superar la función de trabajo. Un fotón de onda larga tiene energía hc/λ pequeña: si es menor que φ, el electrón no sale, por muchos fotones que lleguen. La onda clásica predeciría acumulación de energía con el tiempo; el experimento lo desmiente.

¿Qué mide el potencial de frenado?

Es el voltaje inverso V_s con el que los fotoelectrones más rápidos ya no llegan al colector y la corriente cae a cero. Entonces eV_s = K_max, y con la gráfica V_s(f) se comprueba la ecuación de Einstein y se halla φ.

¿Qué cambia al cambiar el metal?

Distintos metales tienen distinta función de trabajo. Una φ mayor corre el umbral hacia mayor frecuencia (menor longitud de onda) y, a la misma f, reduce K_max = hf − φ.

¿De qué depende la corriente de saturación?

Del número de fotones por segundo, es decir de la intensidad (y de que hf > φ). Forma de la curva I-V: sube hasta la saturación a voltaje directo y se corta en V_s — todos los electrones tienen energía no mayor que K_max.

Efecto fotoeléctrico

Energía del fotón hc/λ y función de trabajo φ; K_max, potencial de frenado V_s, corriente frente a la longitud de onda y a la intensidad.

Gráficas

Sobre el modelo

El efecto fotoeléctrico es la salida de electrones de un metal por cuantos de luz. Ecuación de Einstein: K_max = hf − φ = hc/λ − φ, donde K_max es la energía cinética máxima de los fotoelectrones, h la constante de Planck, f (o c/λ) la frecuencia del fotón y φ la función de trabajo. Si hf < φ, los electrones no salen a ninguna intensidad: es el umbral. Por encima, K_max crece en línea recta con la frecuencia y no depende de la intensidad; el potencial de frenado cumple eV_s = K_max. Modelo: una sola función de trabajo, luz monocromática, vacío sin dispersión ni calentamiento. La intensidad cambia el número de fotoelectrones (corriente de saturación), no K_max.

Para quién: Últimos años de bachillerato y comienzo de facultad: cuantos de luz, función de trabajo y umbral del efecto fotoeléctrico.

Conceptos clave

efecto fotoeléctrico
función de trabajo
fotón
potencial de frenado
frecuencia umbral
constante de Planck
ecuación de Einstein

Cómo funciona

Umbral del efecto fotoeléctrico: hν > φ. Entonces K_max = hν − φ y el potencial de frenado V_s = K_max/e. Gráficas I(V) (la corriente se corta si V ≥ V_s), I(ν) y K_max(ν): pendiente h, corte con el eje de frecuencias en ν₀ = φ/h. La corriente de saturación a V = 0 crece con la intensidad; K_max no depende de la intensidad.

Fórmulas principales

E = hν = hc/λ (aquí E en eV, λ en nm, hc ≈ 1240 eV·nm)

K_max = E − φ si E > φ ; V_s = K_max / e

Preguntas frecuentes

¿Por qué la luz roja no da corriente aunque sea muy intensa?: Un solo fotón debe superar la función de trabajo. Un fotón de onda larga tiene energía hc/λ pequeña: si es menor que φ, el electrón no sale, por muchos fotones que lleguen. La onda clásica predeciría acumulación de energía con el tiempo; el experimento lo desmiente.
¿Qué mide el potencial de frenado?: Es el voltaje inverso V_s con el que los fotoelectrones más rápidos ya no llegan al colector y la corriente cae a cero. Entonces eV_s = K_max, y con la gráfica V_s(f) se comprueba la ecuación de Einstein y se halla φ.
¿Qué cambia al cambiar el metal?: Distintos metales tienen distinta función de trabajo. Una φ mayor corre el umbral hacia mayor frecuencia (menor longitud de onda) y, a la misma f, reduce K_max = hf − φ.
¿De qué depende la corriente de saturación?: Del número de fotones por segundo, es decir de la intensidad (y de que hf > φ). Forma de la curva I-V: sube hasta la saturación a voltaje directo y se corta en V_s — todos los electrones tienen energía no mayor que K_max.

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