Page 311 - Quimica - Undécima Edición

7.2 El efecto fotoeléctrico 281

donde h es la constante de Planck y n es la frecuencia de radiación . El valor de la cons- Luz
tante de Planck es 6.63 3 10 234 J s. Debido a que n 5 c/l, la ecuación (7.2) también incidente
se puede expresar de la siguiente manera

c
E 5 h (7.3)
l
e–
De acuerdo con la teoría cuántica, la energía siempre se emite en múltiplos de hn;
por ejemplo, hn, 2 hn, 3 hn, . . . , etcétera, pero nunca en cantidades como 1.67 hn o 4.98 Metal
hn. Cuando Planck presentó su teoría, no podía explicar por qué las energías debían ser
fi jas (fi nitas), o cuantizadas. Sin embargo, con esta hipótesis no tuvo problemas para co- + –
rrelacionar los datos experimentales de las emisiones de los sólidos en toda la gama de
longitudes de onda; todas se explicaban con la teoría cuántica.
La idea de que la energía debía estar cuantizada o “empaquetada” tal vez parezca
extraña, pero el concepto cuántico tiene muchas analogías. Por ejemplo, una carga eléc-
trica también está cuantizada; sólo puede haber múltiplos enteros de e, la carga del elec-
trón. La materia misma está cuantizada, por el número de electrones, protones y neutrones,
y el número de átomos que hay en una muestra de materia también debe ser un entero.
Del mismo modo, el sistema monetario de Estados Unidos está basado en un “cuanto” de
valor, el penny o centavo de dólar. Incluso los procesos que suceden en los organismos
vivos están cuantizados. Los huevos que pone una gallina son cuantizados, y una gata
preñada puede parir un número entero de gatitos, nunca una mitad o tres cuartos de un
gatito.
Fuente Medidor
de voltaje
Revisión de conceptos Figura 7.5 Aparato para estudiar
¿Por qué es la radiación sólo en el UV y no en la región visible o infrarroja la responsable el efecto fotoeléctrico. La luz de
cierta frecuencia cae sobre una
del bronceado?
superfi cie metálica limpia. El
electrodo positivo atrae hacia sí los
electrones expulsados. Un detector
registra el fl ujo de electrones. Los
7.2 El efecto fotoeléctrico medidores de luz que se utilizan en
las cámaras fotográfi cas se basan
En 1905, sólo cinco años después de que Planck presentara su teoría cuántica, Albert en el efecto fotoeléctrico.
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Einstein la utilizó para resolver otro misterio en la física: el efecto fotoeléctrico , un fe-
nómeno en el que los electrones son expulsados desde la superfi cie de ciertos metales que
se han expuesto a la luz de al menos determinada frecuencia mínima, y que se conoce
como frecuencia umbral (fi gura 7.5). El número de electrones liberados, no su energía,
era proporcional a la intensidad (o brillantez) de la luz. No importaba qué tan intensa
fuera la luz, los electrones no se liberaban cuando la frecuencia no llegaba al umbral.
La teoría de la onda de luz no podía explicar el efecto fotoeléctrico, pero Einstein
partió de una extraordinaria hipótesis al considerar que un rayo de luz es, en realidad, un
torrente de partículas. Tomando como punto de partida la teoría cuántica de Planck ,
Einstein dedujo que cada una de estas partículas de luz , que ahora se conocen como fo-
tones, debe poseer una energía E, de acuerdo con la ecuación
La ecuación para la energía del fotón
tiene la misma forma que la ecuación
E 5 hn
(7.2) porque, como veremos más ade-
lante, la radiación electromagnética se
donde n es la frecuencia de la luz . emite y absorbe en forma de fotones .

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Albert Einstein (1879-1955). Físico de origen alemán. Es considerado por muchos uno de los dos físicos más
grandes que el mundo ha conocido (el otro fue Isaac Newton). Los tres ensayos (sobre la relatividad especial ,
el movimiento browniano y el efecto fotoeléctrico) que publicó en 1905, mientras trabajaba como asistente
técnico en una ofi cina suiza de patentes en Berna, infl uyeron profundamente en el desarrollo de la física. Recibió
el Premio Nobel de Física en 1921 por su explicación del efecto fotoeléctrico.