Ejercicio resuelto de Física cuántica · Física · 2025

Iluminamos un metal con el propósito de arrancarle electrones por efecto fotoeléctrico. Explique las diferencias que observaremos: (1 punto)

a) Al iluminarlo con luz roja respecto a hacerlo con luz azul.
b) Al iluminarlo con un haz de luz intenso respecto a iluminarlo con otro más débil.

$\textbf{a) Al iluminarlo con luz roja respecto a hacerlo con luz azul.}$










Lo que decide si se arrancan electrones es la frecuencia de la luz, porque cada fotón entrega su energía a un solo electrón:

$E=h\,f=W_0+E_{c,\max}$

Solo hay emisión si $f>f_0$, donde $f_0=W_0/h$ es la frecuencia umbral del metal.





La luz azul tiene mayor frecuencia que la roja. Caben dos situaciones:

Si la frecuencia de la luz roja es menor que la umbral, con luz roja no se arranca ningún electrón por muy fuerte que se ilumine, mientras que con luz azul sí, siempre que su frecuencia supere a la umbral.

Si las dos frecuencias superan a la umbral, con las dos hay emisión, pero los electrones arrancados con luz azul salen con más energía cinética, porque sus fotones traen más energía.

$\textbf{b) Al iluminarlo con un haz de luz intenso respecto a iluminarlo con otro más débil.}$

La intensidad del haz mide cuántos fotones llegan por segundo, no la energía de cada uno. Por tanto, al aumentar la intensidad manteniendo la frecuencia:

Se arrancan más electrones por segundo, es decir, aumenta la intensidad de la corriente fotoeléctrica.

La energía cinética máxima de cada electrón no cambia, porque sigue dependiendo solo de la frecuencia, y el potencial de frenado es el mismo.

Si la frecuencia está por debajo de la umbral, no se arranca ningún electrón por intenso que sea el haz. Este es precisamente el resultado que la física clásica no era capaz de explicar.