Cuando la luz incide en una superficie de materiales limpios, se emiten electrones desde esa superficie en algunas condiciones específicas. Este fenómeno es bien conocido como el efecto fotoeléctrico. Los electrones se llaman fotoelectrones. Cuando la luz incide en la superficie, los electrones del material obtienen suficiente energía de la luz para superar el función de trabajo del material y por lo tanto emitido desde la superficie.
¿Qué es la función de trabajo?
Se define como la energía mínima requerida para extraer un electrón de su envoltura (la mayor parte de la envoltura de la átomo). Se mide en eV (Electrón-voltio). Según la física clásica, el número de electrones emitidos y su momento es independiente de la frecuencia con la que la luz incide en el material, pero depende de la intensidad de la energía lumínica incidente.
Pero en el experimento real esta afirmación de la física clásica no pudo ser observada. En cambio, se observa que para una intensidad de luz incidente particular, la energía cinética de los electrones emitidos varía con la variación de la frecuencia de la luz incidente. Esto significa que si la frecuencia de la luz incidente se modifica sin cambiar su intensidad, entonces la energía cinética de los electrones emitidos o de los fotoelectrones también cambia.
¿Qué son los fotoelectrones?
Cuando la energía lumínica de suficiente intensidad golpea una superficie de material, algunos electrones del material muy cerca de la superficie, ganan suficiente energía para superar la función de trabajo de la materia y se emiten desde la superficie con energía cinética. Estos electrones emitidos se llaman foto-electrones. También se observa que, por encima de una cierta frecuencia de la luz incidente, los electrones, mejor dicho los foto-electrones, comienzan a emitir. Esta es la frecuencia mínima de la luz incidente por debajo de la cual no se producen fotoelectrones.
Pero por encima de esta frecuencia mínima, la energía cinética de los electrones varía linealmente con la frecuencia. También se observa que cuando se cambia la intensidad de la luz incidente manteniendo su frecuencia constante, la tasa de emisión de fotoelectrones cambia en consecuencia, pero la máxima energía cinética de los electrones permanece inalterada. En 1900, el físico alemán Max Karl Ernst Ludwig Planck declaró que la radiación de calor de una superficie corporal caliente es en forma de paquete discreto de energía y estos paquetes de energía se llaman quanta. Esta cantidad de energía que consiste en un solo quanta o paquete de energía emitido es hf donde f es la frecuencia de radiación y h es la constante llamada constante de Planck que es la cantidad de energía,
La energía cuántica es proporcional a la frecuencia de la radiación. El valor de la constante de Planck es
En 1905, otro famoso físico alemán, Sir Albert Einstein, declaró que la luz también consiste en paquetes de energía y que estos paquetes se denominan fotones. El contenido de energía en el fotón también está dado por la misma ecuación y es
E = hf o E proporcional a f.
La única diferencia es que aquí la frecuencia es la frecuencia de la luz.
Según esta teoría, cuando una luz incide en la superficie de un material, los fotones con suficiente energía (cuando la frecuencia es suficiente como E proporcional a la frecuencia) golpean los electrones en la superficie del material. Los electrones ganan suficiente energía para ser removidos de la superficie, después de superar la función de trabajo del material. El resto de la energía de un fotón se consume para obtener la energía cinética del electrón. La máxima energía cinética de un electrón puede representarse como
¿Dónde, hf0 es la función de trabajo o la energía mínima requerida para remover el electrón. h0 es la frecuencia mínima de la luz incidente por debajo de la cual ningún electrón es removido de la superficie.
La energía de los fotones o la energía que consiste en un fotón de una luz particular es proporcional a la frecuencia de esa luz y por lo tanto es inversamente proporcional a la longitud de onda de la onda de luz
