Energía mínima necesaria para liberar un electrón
La energía de un fotón con una frecuencia de vibración f es E = h f. La energía mínima requerida para extraer un electrón de un metal se denomina función de trabajo W. Según el principio de conservación de la energía, la energía cinética máxima del electrón emitido es Kmax = h f − W.
La frecuencia umbral es f₀ = W/h. Para f < f₀, aumentar la intensidad no produce emisión de fotoelectrones en este modelo de un solo fotón. Justo en el umbral, la energía cinética máxima ideal es 0; por encima puede ser positiva. La función de trabajo real también depende del estado de la superficie metálica.
La frecuencia y la amplitud intercambian diferentes valores.
Aumentar la frecuencia de vibración dentro del mismo metal produce un aumento en la energía de un único fotón, lo que conduce a un aumento en su energía cinética máxima. Aumentar la intensidad a la misma frecuencia produce un aumento en el número de fotones que llegan en una unidad de tiempo, lo que puede conducir a un aumento en el número de electrones que pueden ser emitidos y en la corriente de saturación.
Una luz más brillante no aumenta la energía cinética máxima de cada fotoelectrón. Por el contrario, incluso por encima de la frecuencia de umbral, una intensidad de 0 significa ausencia de fotones que llegan y ausencia de emisión de electrones. Distinguir la energía de un fotón de la cantidad de flujo de fotones.
Determinamos la energía cinética máxima utilizando el voltaje de resistencia.
Aplicar un voltaje inverso que se oponga a los electrones emitidos. La magnitud en la que incluso los electrones más energéticos ya no son recolectados es la potencial de parada Vs, con Vs*eVs = Kmax. Con electronvoltios, una máxima energía cinética de 1.2 eV corresponde a una magnitud del potencial de parada de 1.2 V.
Las fotoelectrones reales tienen una distribución de energía, y la corriente depende del voltaje inverso. La simulación simplifica esto asignando un valor máximo (Kmax) a cada electrón emitido, de modo que la corriente se convierte en 0 en el límite de parada. Distinga este modelo de corriente simplificado de la relación de energía de Einstein.
Relaciones y símbolos clave
E_fotón = hf · Kmax = hf − W · f₀ = W/h · eVs = Kmax
| Símbolo | Significado | Unidad |
|---|---|---|
| h | La constante de Planck, aproximadamente 6.626 × 10⁻³⁴. | J·s |
| W | Función de trabajo del metal | J o eV |
| Kmax | Energía cinética máxima de los fotoelectrones | J o eV |
| Vs | Magnitud del potencial de frenado | V |
Ejemplo resuelto
Si la energía del fotón es de 3.0 eV y la función de trabajo es de 2.0 eV, ¿entonces?
Kmax = 3.0 − 2.0 = 1.0 eV y la magnitud del potencial de frenado es 1.0 V. Duplicar la intensidad a la misma frecuencia mantiene la energía cinética máxima en 1.0 eV. Un fotón de 1.5 eV, por debajo de la función de trabajo, no puede provocar emisión en este modelo.
Errores frecuentes
- El hecho de que un único fotón pueda producir un efecto fotoeléctrico no significa simplemente que ilumina la luz en el umbral.
- La energía cinética máxima no significa que todos los fotoelectrones reales tengan esa energía cinética.