El documento describe los experimentos de Hertz sobre el efecto fotoeléctrico. Los experimentos mostraron que la emisión de electrones es prácticamente instantánea y depende de la frecuencia de la luz, no de su intensidad. Esto contradice la teoría clásica de la luz como onda electromagnética. Einstein explicó los resultados introduciendo la hipótesis del fotón, donde la energía de la luz está cuantizada en paquetes llamados fotones con energía E=hν.

1. Cuántica.2 EL EFECTO
FOTOELÉCTRICO
¿Cómo se explica la corriente eléctrica que aparece
cuando incide luz sobre un metal?
Física

2. 1886-87 Los experimentos de Hertz
• Descubre la existencia de ondas
electromagnéticas
• Muestran como el arco que se
produce dos electrodos
conectados a alta tensión es
mayor cuando se ilumina con luz
ultravioleta que cuando se deja en
la oscuridad.

3. A.3. A título de hipótesis tratar de dar alguna explicación del
fenómeno observado por Hertz, es decir, del hecho de que se
produce más fácilmente la descarga de un electrodo cuando se
ilumina.

4. A.3. A título de hipótesis tratar de dar alguna explicación del
fenómeno observado por Hertz, es decir, del hecho de que se
produce más fácilmente la descarga de un electrodo cuando se
ilumina.
La luz facilita la descarga al comunicar las ondas de luz energía
cinética a los electrones

5. A.4. Partiendo de la teoría de Maxwell que concibe la luz como una
onda electromagnética -que como tal onda, lleva distribuida
uniformemente su energía-, considerar, a título de hipótesis, la
influencia de la frecuencia y de la intensidad luminosa sobre la
emisión de electrones (la cantidad de electrones emitidos por
segundo, su energías cinéticas, el tiempo que tardaran en ser
emitidos...). Analizar el efecto de cambiar el metal.

6. A.4. Partiendo de la teoría de Maxwell que concibe la luz como una
onda electromagnética -que como tal onda, lleva distribuida
uniformemente su energía-, considerar, a título de hipótesis, la
influencia de la frecuencia y de la intensidad luminosa sobre la
emisión de electrones (la cantidad de electrones emitidos por
segundo, su energías cinéticas, el tiempo que tardaran en ser
emitidos...). Analizar el efecto de cambiar el metal.
La FÍSICA CLÁSICA ESPERA:
 Energía cinética depende de frecuencia e intensidad
 Existirá un tiempo de retardo entre el choque de la luz y la
emisión del electrón (para que electrones absorban la energía
del frente de onda, ya que esta se encuentra distribuida en
todo el frente de onda).
 Para un metal dado, el EF ocurre para cualquier frecuencia
mientras la luz tenga tiempo e intensidad suficiente.

7. Realicemos el experimento…
¿Qué sucede al encender la lámpara?
Animación

8. Realicemos el experimento…
¿Qué sucede al encender la lámpara?
Animación
 La emisión de electrones es prácticamente instantánea.

9. Realicemos el experimento…
¿Qué sucede al encender la lámpara?
Animación
¿Qué sucede al ir desplazando la luz hacia el rojo?
 La emisión de electrones es prácticamente instantánea.

10. Realicemos el experimento…
¿Qué sucede al encender la lámpara?
Animación
¿Qué sucede al ir desplazando la luz hacia el rojo?
 La emisión de electrones es prácticamente instantánea.
 Solo se produce EF a partir de una determinada frecuencia,
llamada frecuencia umbral.

11. Realicemos el experimento…
¿Qué sucede al encender la lámpara?
Animación
¿Qué sucede al ir desplazando la luz hacia el rojo?
 La emisión de electrones es prácticamente instantánea.
 Solo se produce EF a partir de una determinada frecuencia,
llamada frecuencia umbral.
¿Qué sucede al ir desplazando la luz hacia el ultravioleta?

12. Realicemos el experimento…
¿Qué sucede al encender la lámpara?
Animación
¿Qué sucede al ir desplazando la luz hacia el rojo?
 La emisión de electrones es prácticamente instantánea.
 Solo se produce EF a partir de una determinada frecuencia,
llamada frecuencia umbral.
¿Qué sucede al ir desplazando la luz hacia el ultravioleta?
 La energía cinética de los electrones aumenta con la frecuencia.

13. Realicemos el experimento…
¿Qué sucede al encender la lámpara?
Animación
¿Qué sucede al ir desplazando la luz hacia el rojo?
 La emisión de electrones es prácticamente instantánea.
 Solo se produce EF a partir de una determinada frecuencia,
llamada frecuencia umbral.
¿Qué sucede al ir desplazando la luz hacia el ultravioleta?
 La energía cinética de los electrones aumenta con la frecuencia.
¿Qué sucede al aumentar la intensidad de la onda?

14. Realicemos el experimento…
 Si se aumenta la intensidad de la onda (no la frecuencia)
aumenta el número de electrones pero no su energía cinética.
¿Qué sucede al encender la lámpara?
Animación
¿Qué sucede al ir desplazando la luz hacia el rojo?
 La emisión de electrones es prácticamente instantánea.
 Solo se produce EF a partir de una determinada frecuencia,
llamada frecuencia umbral.
¿Qué sucede al ir desplazando la luz hacia el ultravioleta?
 La energía cinética de los electrones aumenta con la frecuencia.
¿Qué sucede al aumentar la intensidad de la onda?

15. A.5 Analizar los resultados experimentales anteriores señalando
cuáles contradicen la teoría clásica de la radiación como onda
electromagnética que se distribuye uniformemente por el espacio.
Extraer conclusiones sobre la naturaleza de la luz.
FÍSICA CLÁSICA ESPERA… EXPERIMENTOS MUESTRAN…

16. FÍSICA CLÁSICA ESPERA…
• EF ocurre para cualquier frecuencia
EXPERIMENTOS MUESTRAN…
• Solo se produce EF a partir de
frecuencia umbral.
A.5 Analizar los resultados experimentales anteriores señalando
cuáles contradicen la teoría clásica de la radiación como onda
electromagnética que se distribuye uniformemente por el espacio.
Extraer conclusiones sobre la naturaleza de la luz.

17. FÍSICA CLÁSICA ESPERA…
• EF ocurre para cualquier frecuencia
• Energía cinética depende de
frecuencia e intensidad.
EXPERIMENTOS MUESTRAN…
• Solo se produce EF a partir de
frecuencia umbral.
• Aumenta intensidad onda aumenta
el número de electrones pero NO su
energía cinética.
• La energía cinética de los electrones
SÍ aumenta con la frecuencia.
A.5 Analizar los resultados experimentales anteriores señalando
cuáles contradicen la teoría clásica de la radiación como onda
electromagnética que se distribuye uniformemente por el espacio.
Extraer conclusiones sobre la naturaleza de la luz.

18. FÍSICA CLÁSICA ESPERA…
• EF ocurre para cualquier frecuencia
• Energía cinética depende de
frecuencia e intensidad.
• Tiempo de retardo entre el choque
de la luz y la emisión del electrón
EXPERIMENTOS MUESTRAN…
• Solo se produce EF a partir de
frecuencia umbral.
• Aumenta intensidad onda aumenta
el número de electrones pero NO su
energía cinética.
• La energía cinética de los electrones
SÍ aumenta con la frecuencia.
• La emisión de electrones es
prácticamente instantánea.
A.5 Analizar los resultados experimentales anteriores señalando
cuáles contradicen la teoría clásica de la radiación como onda
electromagnética que se distribuye uniformemente por el espacio.
Extraer conclusiones sobre la naturaleza de la luz.

19. FÍSICA CLÁSICA ESPERA…
• EF ocurre para cualquier frecuencia
• Energía cinética depende de
frecuencia e intensidad.
• Tiempo de retardo entre el choque
de la luz y la emisión del electrón
EXPERIMENTOS MUESTRAN…
• Solo se produce EF a partir de
frecuencia umbral.
• Aumenta intensidad onda aumenta
el número de electrones pero NO su
energía cinética.
• La energía cinética de los electrones
SÍ aumenta con la frecuencia.
• La emisión de electrones es
prácticamente instantánea.
A.5 Analizar los resultados experimentales anteriores señalando
cuáles contradicen la teoría clásica de la radiación como onda
electromagnética que se distribuye uniformemente por el espacio.
Extraer conclusiones sobre la naturaleza de la luz.

20. A.6. Sugerir alguna nueva hipótesis sobre el comportamiento de la
luz, capaz de interpretar los resultados experimentales relativos al
efecto fotoeléctrico. En particular se trata de explicar con dicha
hipótesis:

21. A.6. Sugerir alguna nueva hipótesis sobre el comportamiento de la
luz, capaz de interpretar los resultados experimentales relativos al
efecto fotoeléctrico. En particular se trata de explicar con dicha
hipótesis:
1. Por qué dicho efecto sólo se presenta para frecuencias de la luz
superiores a un valor umbral, distinto para cada metal.

22. A.6. Sugerir alguna nueva hipótesis sobre el comportamiento de la
luz, capaz de interpretar los resultados experimentales relativos al
efecto fotoeléctrico. En particular se trata de explicar con dicha
hipótesis:
1. Por qué dicho efecto sólo se presenta para frecuencias de la luz
superiores a un valor umbral, distinto para cada metal.
2. Por qué la energía cinética de los electrones liberados es siempre
la misma para una frecuencia f>f0 dada, sea cual sea la intensidad
luminosa.

23. A.6. Sugerir alguna nueva hipótesis sobre el comportamiento de la
luz, capaz de interpretar los resultados experimentales relativos al
efecto fotoeléctrico. En particular se trata de explicar con dicha
hipótesis:
1. Por qué dicho efecto sólo se presenta para frecuencias de la luz
superiores a un valor umbral, distinto para cada metal.
2. Por qué la energía cinética de los electrones liberados es siempre
la misma para una frecuencia f>f0 dada, sea cual sea la intensidad
luminosa.
3. Por qué la emisión de electrones es prácticamente instantánea y
su número aumenta al hacerlo la intensidad, manteniendo la
frecuencia constante.

24. Einstein tuvo que asumir que un fenómeno típicamente
ondulatorio tenía propiedades corpusculares e introdujo en 1905 la
hipótesis del fotón con 𝑬 = 𝒉𝝂, siendo 𝒉 = 𝟔, 𝟔 · 𝟏𝟎−𝟑𝟒
𝑱 · 𝒔

25. Einstein tuvo que asumir que un fenómeno típicamente
ondulatorio tenía propiedades corpusculares e introdujo en 1905 la
hipótesis del fotón con 𝑬 = 𝒉𝝂, siendo 𝒉 = 𝟔, 𝟔 · 𝟏𝟎−𝟑𝟒
𝑱 · 𝒔
 Energía no está distribuida en todo el frente de onda, está
concentrada en un paquete (fotón).
 Cada fotón incidirá individualmente sobre un punto de la
superficie metálica, arrancando un electrón sólo en el caso de
que su energía sea superior a la atracción de los iones positivos
del metal, denominada trabajo de extracción.

26. Einstein tuvo que asumir que un fenómeno típicamente
ondulatorio tenía propiedades corpusculares e introdujo en 1905 la
hipótesis del fotón con 𝑬 = 𝒉𝝂, siendo 𝒉 = 𝟔, 𝟔 · 𝟏𝟎−𝟑𝟒
𝑱 · 𝒔
 Energía no está distribuida en todo el frente de onda, está
concentrada en un paquete (fotón).
 Cada fotón incidirá individualmente sobre un punto de la
superficie metálica, arrancando un electrón sólo en el caso de
que su energía sea superior a la atracción de los iones positivos
del metal, denominada trabajo de extracción.
 EF no se presente por debajo de una frecuencia umbral.
 No aumente el número de electrones emitidos, aunque aumente
la intensidad luminosa 𝐼 = 𝑛𝜈ℎ
 Energía cinética sea independiente de la I y crezca con la frec.
 Emisión de electrones sea prácticamente instantánea.
Esto explica:

27. A.7. Calcular el número de fotones por segundo y m2 a una distancia
de 1 m de una bombilla de 100 w, suponiendo una longitud de onda
media de 550 nm.

28. A.7. Calcular el número de fotones por segundo y m2 a una distancia
de 1 m de una bombilla de 100 w, suponiendo una longitud de onda
media de 550 nm.
𝐼 =
𝐸
𝑆 · 𝑡
=
𝑛 · ℎ𝜈
𝑆 · 𝑡

29. A.7. Calcular el número de fotones por segundo y m2 a una distancia
de 1 m de una bombilla de 100 w, suponiendo una longitud de onda
media de 550 nm.
𝐼 =
𝐸
𝑆 · 𝑡
=
𝑛 · ℎ𝜈
𝑆 · 𝑡
→
𝑛
𝑆 · 𝑡
=
𝐼
ℎ𝜈
=
𝐼
ℎ ·
𝑐
𝜆

30. A.7. Calcular el número de fotones por segundo y m2 a una distancia
de 1 m de una bombilla de 100 w, suponiendo una longitud de onda
media de 550 nm.
𝐼 =
𝐸
𝑆 · 𝑡
=
𝑛 · ℎ𝜈
𝑆 · 𝑡
→
𝑛
𝑆 · 𝑡
=
𝐼
ℎ𝜈
=
𝐼
ℎ ·
𝑐
𝜆
𝑛
𝑆 · 𝑡
=
100
6,6 · 10−34 ·
3 · 108
550 · 10−9
= 2,8 · 1020

31. A.7. Calcular el número de fotones por segundo y m2 a una distancia
de 1 m de una bombilla de 100 w, suponiendo una longitud de onda
media de 550 nm.
El gran número de fotones por metro cuadrado y
por segundo explican la apariencia continua
𝐼 =
𝐸
𝑆 · 𝑡
=
𝑛 · ℎ𝜈
𝑆 · 𝑡
→
𝑛
𝑆 · 𝑡
=
𝐼
ℎ𝜈
=
𝐼
ℎ ·
𝑐
𝜆
𝑛
𝑆 · 𝑡
=
100
6,6 · 10−34 ·
3 · 108
550 · 10−9
= 2,8 · 1020

32. A.8. Siendo  la frecuencia de la radiación (superior a la frecuencia
umbral 0 necesaria para que se presente el efecto fotoeléctrico),
escribir, de acuerdo con la hipótesis anterior, una ecuación que ligue
la energía del fotón incidente con la energía cinética del electrón
liberado.

33. A.8. Siendo  la frecuencia de la radiación (superior a la frecuencia
umbral 0 necesaria para que se presente el efecto fotoeléctrico),
escribir, de acuerdo con la hipótesis anterior, una ecuación que ligue
la energía del fotón incidente con la energía cinética del electrón
liberado.
𝐸𝑓𝑜𝑡ó𝑛 = 𝑊 + 𝐸 𝐶

34. A.8. Siendo  la frecuencia de la radiación (superior a la frecuencia
umbral 0 necesaria para que se presente el efecto fotoeléctrico),
escribir, de acuerdo con la hipótesis anterior, una ecuación que ligue
la energía del fotón incidente con la energía cinética del electrón
liberado.
ℎ𝜈 = 𝑊 +
1
2
𝑚𝑣2𝐸𝑓𝑜𝑡ó𝑛 = 𝑊 + 𝐸 𝐶

35. A.8. Siendo  la frecuencia de la radiación (superior a la frecuencia
umbral 0 necesaria para que se presente el efecto fotoeléctrico),
escribir, de acuerdo con la hipótesis anterior, una ecuación que ligue
la energía del fotón incidente con la energía cinética del electrón
liberado.
ℎ𝜈 = 𝑊 +
1
2
𝑚𝑣2
𝜈 = 𝜈0 → 𝐸𝑐 = 0 → ℎ𝜈0 = 𝑊
𝐸𝑓𝑜𝑡ó𝑛 = 𝑊 + 𝐸 𝐶

36. A.8. Siendo  la frecuencia de la radiación (superior a la frecuencia
umbral 0 necesaria para que se presente el efecto fotoeléctrico),
escribir, de acuerdo con la hipótesis anterior, una ecuación que ligue
la energía del fotón incidente con la energía cinética del electrón
liberado.
𝐸𝑐 = ℎ(𝜈 − 𝜈0)
ℎ𝜈 = 𝑊 +
1
2
𝑚𝑣2
𝜈 = 𝜈0 → 𝐸𝑐 = 0 → ℎ𝜈0 = 𝑊
Despejando la energía cinética de la primera expresión, y
sustituyendo el valor del trabajo se obtiene
𝐸𝑓𝑜𝑡ó𝑛 = 𝑊 + 𝐸 𝐶

37. A.9. El trabajo de extracción para el sodio vale 3,65·10-19 J. Calcular
la energía cinética del electrón emitido por una superficie de sodio,
cuando se ilumina con una luz de longitud de onda 4,1·10-7 m y
5,5·10-7 m

38. A.10. ¿Cómo medir la energía cinética máxima de los electrones
emitidos por la placa iluminada?

39. Sometiéndolos a un potencial que los frene, y en ese momento:
𝐸 𝑃 = 𝐸 𝐶
Animación
A.10. ¿Cómo medir la energía cinética máxima de los electrones
emitidos por la placa iluminada?

40. Sometiéndolos a un potencial que los frene, y en ese momento:
𝐸 𝑃 = 𝐸 𝐶
𝑉𝑓 · 𝑞 = 𝐸 𝐶
Siendo Vf el potencial
de frenado
Animación

41. A.11 Utilizar la siguiente simulación para obtener la gráfica del
efecto fotoeléctrico variando la intensidad y longitud de onda de la
luz, la diferencia de potencial y el trabajo de extracción
http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/cuantica/fotoelectrico/fotoelectrico.htm

42. A.11 Utilizar la siguiente simulación para obtener la gráfica del
efecto fotoeléctrico variando la intensidad y longitud de onda de la
luz, la diferencia de potencial y el trabajo de extracción
http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/cuantica/fotoelectrico/fotoelectrico.htm
1. Entra en la página y lee todo el texto hasta llegar al apartado
Actividades.
2. Sigue las instrucciones que aparecen en el apartado para tomar
parejas de valores (longitud de onda, potencial de frenado)
para un cátodo formado por el metal Cesio.
3. Una vez tomados alrededor de cinco valores pincha en el botón
calcular y obtén la representación gráfica de los datos.
4. Calcula la constante de Planck y el trabajo de extracción.
5. Rellena en tu libreta una tabla y copia la gráfica tal y como
aparece en el apartado Resultados.

43. A.12 Indicar aplicaciones del efecto fotoeléctrico

44. ¿Cómo podemos resumir el apartado?

45. ¿Cómo podemos resumir el apartado?
La luz también manifiesta un
comportamiento corpuscular

46. ¿Cómo podemos resumir el apartado?
La luz también manifiesta un
comportamiento corpuscular
¿Entonces no es una onda?

47. ¿Cómo podemos resumir el apartado?
La luz también manifiesta un
comportamiento corpuscular
¿Entonces no es una onda?
También es una onda

48. ¿Cómo podemos resumir el apartado?
La luz también manifiesta un
comportamiento corpuscular
¿Entonces no es una onda?
También es una onda
¿Entonces que pasa?

49. ¿Cómo podemos resumir el apartado?
La luz también manifiesta un
comportamiento corpuscular
¿Entonces no es una onda?
También es una onda
¿Entonces que pasa?
Lo veremos en próximos capítulos…

50. Fotón con energía E y cantidad de movimiento p, al
encuentro de un electrón en reposo
A.13 Otro caso en el que el fotón se manifiesta como una partícula:
El Efecto Compton

51. Fotón cede parte de su energía y pasa a tener
menos energía y por tanto menor frecuencia
A.13 ¿¿Cuál es la diferencia entre el efecto Compton y el efecto
fotoeléctrico?