Ejercicio resuelto de Física cuántica · Física · 2021

Analice la veracidad del siguiente enunciado: «La energía cinética de los electrones arrancados de un metal por efecto fotoeléctrico es directamente proporcional a la intensidad de la luz incidente».

El enunciado es FALSO. La energía cinética de los fotoelectrones no depende de la intensidad de la luz, sino de su FRECUENCIA.

Lo dice la ecuación de Einstein del efecto fotoeléctrico:

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





La explicación está en el propio modelo de fotón. La luz llega en paquetes de energía $h\,f$, y cada fotón interacciona con UN SOLO electrón, entregándole toda su energía. El electrón gasta el trabajo de extracción $W_0$ en salir del metal y se queda con el resto en forma de energía cinética. Por tanto, lo único que fija esa energía es cuánta trae cada fotón, es decir, la frecuencia.

Aumentar la intensidad de la luz significa mandar MÁS FOTONES por segundo, no fotones más energéticos. El efecto es que se arrancan más electrones por segundo, es decir, aumenta la intensidad de la corriente fotoeléctrica, pero cada electrón sale exactamente con la misma energía y el potencial de frenado no cambia.

Es más, si la frecuencia está por debajo de la umbral:

$f<f_0=\dfrac{W_0}{h}$

no se arranca ningún electrón por intenso que sea el haz, y por mucho tiempo que se ilumine. Esta es precisamente la observación que la física clásica no era capaz de explicar, y que Einstein resolvió en 1905 con la hipótesis de los cuantos de luz.