Tras realizar un pequeño preludio y hablar sobre la hipótesis de Planck, continuamos hoy la serie de Cuántica sin fórmulas hablando acerca del segundo paso que derrumbaría las suposiciones de la física clásica y revolucionaría la física del siglo XX aún más que la relatividad. Este segundo paso, como veremos, se basa en el primero, y tiene ciertos paralelismos con él. Me refiero al efecto fotoeléctrico.
Este efecto era uno de los pocos fenómenos que no tenían una correcta explicación teórica a finales del siglo XIX (lo mismo que la radiación de cuerpo negro, de la que ya hablamos y que Planck logró justificar mediante su hipótesis), y consiste en lo siguiente: si se coge un trozo de un metal y se hace incidir luz sobre él, a veces la luz es capaz de arrancar electrones del metal y hacer que se muevan, produciendo así una corriente eléctrica - de ahí el nombre del efecto, “electricidad producida con luz”. Pero la clave está en el “a veces”, y ahí es donde los físicos se mesaban los cabellos con preocupación.
Los científicos se dedicaron, por supuesto, a pensar por qué se producía y cuándo debería producirse el efecto fotoeléctrico (que debería involucrar partes de la ciencia bien desarrolladas como el electromagnetismo), y la teoría clásica razonaba de la siguiente manera:
La luz transporta energía. Cuando la luz choca contra el metal, le transfiere energía. Si esa energía es suficiente para arrancar electrones, se produce el efecto fotoeléctrico, y si no es suficiente, no ocurre nada. De manera que si, por ejemplo, apunto una bombilla muy tenue contra una chapa de metal, no se produce efecto fotoeléctrico, pero si aumento la potencia de la bombilla mil veces, se producirá el efecto.
Pero esto no pasaba. Si la bombilla tenue no era capaz de producir el efecto fotoeléctrico, entonces por mucho que aumentara la intensidad de la luz, diez, mil, un millón de veces, no salía ni un solo electrón del metal. También pasaba al revés, claro: si la bombilla era capaz de arrancar electrones del metal, era posible disminuir su potencia todo lo que se quisiera: incluso un debilísimo rayo de luz de la bombilla era capaz de arrancar electrones - arrancaba menos electrones que la luz potente, pero los arrancaba. Y esto no tenía absolutamente ningún sentido.
¿De qué dependía entonces que se produjera el efecto, si no era de la intensidad de la luz? Los científicos, por muy tercos que fueran tratando de explicar las cosas con la teoría clásica, son científicos: se dedicaron a cambiar otras condiciones del experimento hasta llegar a una conclusión absurda, imposible, totalmente inaceptable - el factor que decidía que se arrancaran electrones era el color de la luz de la bombilla. Dicho en términos más técnicos era la frecuencia de la radiación, pero nuestros ojos “ven” la frecuencia de la luz como el color, de modo que nos vale con eso.
Es decir, que si cogiéramos una bombilla cuyo color pudiéramos hacer variar siguiendo los colores del arco iris (los físicos de la época iban más allá de la luz visible, pero una vez más nos vale con esto), desde el rojo al violeta, al principio no se producía el efecto. Pero llegaba un momento, que dependía del metal que se tratase (y no dependía para nada de la intensidad de la luz) en el que empezaban a arrancarse electrones - supongamos que al llegar al amarillo. Si se seguía variando el color a lo largo del arco iris, cualquier color pasado el amarillo en ese recorrido (por ejemplo, el violeta) también arrancaba electrones.
La intensidad de la luz sí tenía cierto efecto, como hemos dicho: si un rayo de luz roja (por ejemplo) no producía el efecto, por muy intensa que fuera la luz no ocurría nada. Pero si un rayo de luz amarilla sí lo producía, entonces al aumentar la intensidad de la luz aumentaba el número de electrones arrancados. Sin embargo, incluso esto no encajaba con la teoría clásica: aumentaba el número de electrones arrancados (la intensidad de la corriente), pero no la energía de cada electrón (el voltaje de la corriente), que era absolutamente igual para la luz amarilla independientemente de la intensidad. Es decir, si la luz amarilla producía electrones con una determinada energía cada uno, multiplicar la intensidad de la luz por cien hacía que salieran cien veces más electrones del metal, pero todos con la misma energía que cuando salían menos. La verdad es que era desesperante.
Pero es que la cosa no acaba ahí: la frecuencia (el color) de la luz no sólo determinaba si se producía el efecto o no. Además, la energía de cada electrón (que ya hemos dicho no dependía de la intensidad) aumentaba según la frecuencia de la luz aumentaba. Es decir, que si se usaba luz azul, los electrones tenían más energía que si se usaba luz amarilla. Pero ¿qué demonios tenía que ver el color de la luz con la energía de los electrones?
La solución la dio el siempre genial Albert Einstein, quien, recordemos, ya había apuntado a la hipótesis de Planck como la solución teórica al problema de la radiación de cuerpo negro. Einstein aplicó el razonamiento lógico y extrajo una conclusión inevitable de la hipótesis de Planck - aplicar la lógica y extraer conclusiones eran cosas en las que Einstein era un genio sin igual. El razonamiento del alemán fue el siguiente:
Si los pequeños osciladores que componen la materia sólo pueden tener unas energías determinadas, unos “escalones de energía” que son proporcionales a la constante de Planck y a la frecuencia con la que oscilan, ¿cómo será la energía que absorben y desprenden? La luz, al fin y al cabo, sale de estos osciladores. Una bombilla, por ejemplo, brilla porque los átomos del filamento están muy calientes y desprenden energía electromagnética, que ellos mismos pierden. Pero si los osciladores pierden energía, no pueden perder una cantidad arbitraria: deben “bajar la escalera” de energía y, como mínimo, perder un “escalón”. De forma inevitable, la energía luminosa que desprenden no puede ser arbitraria, tiene que estar hecha de estos “escalones”.
Einstein en 1905, cuando publicó su explicación del efecto fotoeléctrico.
Si lo piensas, es totalmente lógico (aunque generó una gran polémica al principio): si las fuentes de luz sólo pueden estar en los escalones de energía que propuso Planck, y cuando emiten luz es porque pierden energía, la luz que emiten debe estar hecha de esos “escalones”. No es posible emitir una cantidad arbitrariamente pequeña de energía luminosa: sólo puede tenerse luz “en píldoras”. La luz está cuantizada.
Naturalmente, un físico que se precie no habla de “píldoras”, “escalones” o “trozos” de luz. Einstein llamó a este concepto Lichtquant, “cuanto de luz”. En 1926, Gilbert Lewis propuso otro nombre, que es el que usamos hoy en día: fotón. Durante el resto de este artículo hablaremos de fotones, aunque Einstein no los mencionara en la publicación en la que propuso su existencia.
Cuando se considera el efecto fotoeléctrico en términos de fotones, todo tiene sentido: la luz que llega al metal está compuesta de fotones. Cada uno de ellos tiene una energía proporcional a la constante de Planck y la frecuencia de la radiación. Si la luz es muy intensa (una bombilla muy grande y potente), hay muchos fotones. Si la luz cambia de color pero no de intensidad, hay el mismo número de fotones, pero cada uno tiene más energía (hacia el azul) o menos energía (hacia el rojo).
Cuando uno de estos fotones llega al metal y choca con un electrón, puede darle su energía: si esta energía es suficiente para arrancarlo del metal, se produce el efecto fotoeléctrico, y si no es suficiente, no pasa nada. La cuestión es que la interacción se produce entre un fotón y un electrón - no entre “toda la luz” y “todos los electrones”, porque tanto la luz como la materia están cuantizadas. ¿De qué depende entonces de que se produzca el efecto? De la frecuencia de la luz, es decir, del color. Si es luz roja (por ejemplo), cada fotón tiene muy poca energía. Tal vez haya muchísimos fotones, pero a este electrón en particular sólo le afecta el que ha chocado contra él, y éste no tiene suficiente energía para arrancarlo, de modo que no sucede nada.
Si se tiene luz con una gran frecuencia (por ejemplo, azul), cada fotón tiene mucha energía: proviene de un “escalón grande” de Planck. Cuando choca con un electrón puede darle suficiente energía para arrancarlo del metal, y entonces se produce el efecto fotoeléctrico. Claro, si esta luz azul es muy intensa (hay muchos fotones), y cada uno arranca un electrón, se arrancarán muchos electrones, exactamente como sucede en la realidad. Pero si cada fotón no hubiera tenido suficiente energía para arrancar a su electrón, por muchos fotones que hubiera, no pasaría nada en absoluto.
Puede que te preguntes, querido lector, Vale, pero ¿no puede el electrón recibir un fotón con poca energía, “guardarse la energía” que le ha dado el fotón, aunque no sea bastante, y esperar al siguiente fotón, y así hasta tener suficiente energía para escapar?
No, no y mil veces no - recuerda la hipótesis de Planck. Si un fotón no tiene suficiente energía para arrancar el electrón es porque el escalón de energía es demasiado alto. Un electrón no puede tener “un poquito más de energía” arbitrariamente: o tiene la que tiene ahora, o tiene la del siguiente escalón. Si el fotón no tiene suficiente energía para arrancar el electrón es que la energía del siguiente escalón es demasiado alta, de modo que el electrón ni siquiera puede almacenar la energía del fotón, porque lo pondría “entre dos escalones”. De modo que se queda exactamente como estaba antes, por muchos fotones de poca energía que le lleguen. Estos fotones, al no poder ser absorbidos por el electrón, continúan su camino, y probablemente acabarán dando su energía a algún átomo, haciéndolo vibrar más rápidamente (es decir, calentando el metal), pues los “escalones” son ahí más pequeños que los necesarios para arrancar el electrón.
Y, por supuesto, si la luz tiene una frecuencia altísima, los electrones arrancados tendrán una gran energía (y la corriente, un gran voltaje): el fotón tiene mucha energía, y gasta parte de ella en arrancar el electrón. El resto se la queda el electrón, pues el fotón ha desaparecido: un fotón es un “escalón”, y no puede romperse y dar parte de su energía. O está, o no está. Cuando le da su energía al electrón, se da entero. El electrón, entonces, tiene mucha energía. Mientras que si la frecuencia de la luz es sólo la necesaria para arrancar al electrón y nada más, el electrón tiene muy poca energía. Una vez más, coincidía a la perfección con los experimentos.
Pero la teoría de Einstein no sólo coincidía con la realidad cualitativamente, sino que era capaz de realizar predicciones cuantitativas: si la energía de cada fotón era proporcional a la constante de Planck y a la frecuencia de la luz, entonces la energía de los electrones arrancados debería aumentar proporcionalmente a la frecuencia de la luz. Aunque cueste creerlo, en 1905, cuando Einstein publica su propuesta, aún no se había medido cuantitativamente la energía de los electrones arrancados. En 1915, Robert Andrews Millikan realizó experimentos muy precisos: la energía de los electrones aumentaba de forma lineal con la frecuencia, exactamente lo que Einstein había predicho.
Parte de la comunidad científica aún se resistía a aceptar la existencia del Lichtquant, pero una vez más, aceptando una idea aparentemente absurda y contraria a la intuición (que la luz está hecha de “trozos”), los experimentos se explicaban con una precisión indiscutible. Albert Einstein recibió el Premio Nobel en 1921 por su explicación del efecto fotoeléctrico, siguiendo los pasos de Planck - y, como él, muy reacio a aceptar las implicaciones posteriores de su teoría, de las que hablaremos en artículos posteriores en la serie.
La pregunta inmediata, por supuesto, es: si la luz está hecha de pequeños paquetes, ¿por qué la vemos de forma continua? Nadie ve “trocitos” de luz, no, y la respuesta (que ya deberías saber, si has entendido la serie hasta ahora) es que son demasiado pequeños. Si recuerdas la hipótesis de Planck, la energía de cada escalón es minúscula y, por lo tanto, la energía de cada fotón es igualmente minúscula. Cuando nos llega, por ejemplo, la luz del Sol, está hecha de fotones, pero cada segundo llegan a nuestro ojo unos veinte trillones de fotones: 20.000.000.000.000.000.000 fotones. ¿Pero cómo vamos a distinguir que no es un “chorro” de energía sino un “goteo”? Es imposible.
La explicación de Einstein del efecto fotoeléctrico tiene implicaciones profundas sobre nuestro concepto del Universo: la luz era, para la comunidad científica, clara e indiscutiblemente una onda, como el sonido o las olas. Sufría fenómenos, como la interferencia y la difracción, que sólo sufren las ondas. Sin embargo, ahora llegaba Einstein y decía que la luz estaba compuesta de lo que, a efectos prácticos, eran pequeñas partículas… ¿cómo podía la luz sufrir difracción si estaba hecha de fotones? Pero ¿cómo podía la luz producir el efecto fotoeléctrico si no estaba hecha de fotones? La solución de Einstein generaba preguntas aún más difíciles de responder: ¿era la luz una onda o partículas?
La solución, por supuesto, es el tercer paso en nuestra caída de la realidad objetiva, y el responsable fue otro genio del razonamiento lógico: el francés Louis-Victor-Pierre-Raymond, séptimo Duque de Broglie (normalmente conocido como Louis de Broglie). Pero, antes de acabar de responder a la pregunta sobre las ondas y las partículas, en el próximo artículo trataremos otra aplicación de la hipótesis de Planck a un problema sin responder: el modelo atómico de Bohr y el nacimiento del término “mecánica cuántica”.
El texto de Cuántica sin fórmulas - El efecto fotoeléctrico , por Pedro Gómez-Esteban, salvo donde se mencione explícitamente, está publicado bajo Creative Commons Attribution-Noncommercial-No Derivative Works 2.5 Spain License.
{ 35 } Comentarios
Hay una cosa que no entiendo, cito:
“Si el fotón no tiene suficiente energía para arrancar el electrón es que la energía del siguiente escalón es demasiado alta, de modo que el electrón ni siquiera puede almacenar la energía del fotón, porque lo pondría “entre dos escalones”. De modo que se queda exactamente como estaba antes, por muchos fotones de poca energía que le lleguen.”
¿Qué pasa entonces con la energía del fotón? ¿Desaparece? ¿No incumple esto la conservación de la energía?
Una pregunta:
“Si el fotón no tiene suficiente energía para arrancar el electrón es que la energía del siguiente escalón es demasiado alta, de modo que el electrón ni siquiera puede almacenar la energía del fotón, porque lo pondría “entre dos escalones”. De modo que se queda exactamente como estaba antes, por muchos fotones de poca energía que le lleguen.”
Entonces, ¿”Rebota” el fotón? Es decir, el electrón se queda como está, pero… ¿Que ocurre con el fotón? Igualmente, ¿Donde va a parar la energía de más en caso de que un fotón con una energía entre dos escalones arranque un electrón? ¿La gana el electrón o arranca el electrón y aparece un fotón nuevo con menos energía?
Ambos tenéis la misma pregunta, lo cual no es una buena señal sobre la claridad del artículo, de modo que voy a cambiar el texto para aclararlo: si el fotón no tiene suficiente energía, al electrón no le pasa nada: no absorbe el fotón. El fotón puede hacer varias cosas al llegar al metal, y probablemente será absorbido por átomos, que vibrarán más deprisa que antes (se calentarán), pero no por ese electrón.
Respecto a la segunda pregunta de Kike, que es más específica: el electrón absorbe todo el fotón: si le sobra energía tras saltar al escalón “de libertad”, la convierte en energía cinética para moverse más deprisa.
Hay un par de cosas que no entiendo.
1º Si un foton tiene energia 3x, donde x es la energía para liberar un electrón, ¿es capaz de liberarlo y darle 3 veces más energía? ¿No se habían dado cuenta de esto los físcos experimentales? (vamos, ver picos a distancias múltiplos de enteros no debe de ser muy común)
2º ¿La temperatura también esta cuantizada? Esto si que me rompe, yo pensaba que la velocidad de una partícula posía se un número real arbitrario :S
cruzki,
Si un fotón tiene energía 3x, utilizará x para liberar al electrón y le dará 2x energía, que el electrón convierte en energía cinética y sale disparado por ahí. Los físicos experimentales, al principio, sólo habían realizado medidas cualitativas (más energía para más frecuencia de radiación incidente), pero no habían medido exactamente cuánta energía tenían hasta después de la predicción de Einstein.
Sí, la temperatura está cuantizada: las moléculas de un material que vibran alrededor de sus puntos de equilibrio sólo pueden hacerlo con energías múltiplos de la constante de Planck y de la frecuencia de oscilación. Supongo que has leído el artículo sobre la Temperatura de Planck - si no lo has hecho, búsqueda al canto porque mola bastante, aunque esté mal que lo diga yo (no habla sobre la cuantización de la temperatura, pero te gustará si no lo has leído).
Excelente página y excelente artículo . La serie de relatividad sin fórmulas ha sido muy buena , pero con la cuántica lo estas bordando…
Saludos
como se desenreda la cuerda mientras se arma tremendo nudo con lo que se va soltando.. excelente!!!!
Genial, como siempre
http://www.juzamdjinn.blogspot.com
La verdad es que mi pregunta es como la de Miguel y Kike, pero sigo teniendo dudas que supongo que en árticulos de más adelante se aclararán (con la dualidad onda partícula supongo). Si digo alguna burrada perdonádme. Intentaré explicar mi duda:
Un fotón se acerca al electrón: entiendo que para darle su energia “choca” contra él, como harían dos bolas de billar, ¿no?
Si al “chocar” contra el electrón, resulta que no tiene suficiente energía para darle, que hace, ¿le atraviesa?
A lo mejor mi simil de las bolas de billar no es el adecuado, o a lo mejor la explicación es que el fotón no es una particula, pero: ¿Qué pasaría si en vez de un fotón, quién “choca” contra el electrón es otro electrón? Si no tiene la energía suficiente el electrón que choca, ¿”atraviesa” al primero?
Vaya lío… Enhorabuena de nuevo por tan magnífico trabajo!!!
Pedro: “Respecto a la segunda pregunta de Kike, que es más específica: el electrón absorbe todo el fotón: si le sobra energía tras saltar al escalón “de libertad”, la convierte en energía cinética para moverse más deprisa.”
¿Entonces por qué las células fotoeléctricas de infrarrojos no actuan cuando reciben luz visible? Por ejemplo la puerta de un garage está expuesta a la luz. Estoy un poco espeso…
Proyecto#194,
Las partículas realmente no chocan, ni son bolas de billar: cuando están suficientemente cerca interactúan, si las condiciones son adecuadas. Si el fotón no tiene suficiente energía para arrancar el electrón, no interactúa con él, punto. Sigue su camino tan fresco.
Cuando dos electrones interactúan, pasa lo mismo: a veces, por simplificar, decimos que “chocan”, pero traduce eso como “se acercan a una distancia suficientemente pequeña como para transferirse energía y momento”.
Miquel,
La simplificación del artículo tiene la culpa de tu duda: utilicé luz visible y colores (como rojo y azul) para hacerlo entendible, pero los metales de las células fotoeléctricas necesitan luz de una frecuencia ultravioleta para que se produzca el efecto - los fotones de la luz visible no tienen suficiente energía para hacerles nada (son como la “luz roja” del artículo). Por eso no saltan con la luz natural.
Gracias por la respuesta y enhorabuena por la pàgina.
Impresionante el Einstein. Yo sabía que había recibido el Nobel por el efecto fotoeléctrico, pero no las implicaciones para la ciencia que ello tiene. Y sumemos la relatividad. O sea: ni la materia, ni el tiempo, ni el espacio, ni la energía, los entendemos igual desde el Einstein este.
¡¡ Sólo le faltó descubrir algo nuevo sobre el fútbol y ya habría explicado el universo al completo !!
P.D.: queremos más. P.P.D.: gracias por todo.
Hola Pedro,
Repasando mis apuntes sobre el efecto fotoeléctrico y volviendo a leer este post me asaltan unas cuantas dudas, supongo que es por no tener las cosas claras, así que seguramente diré alguna burrada (aviso!!
):
Si el efecto fotoeléctrico es debido a la absorción de energía (en una cantidad proporcional a la frecuencia de la luz) por parte de un electrón capaz de absorber esa cantidad de energía (o múltiple de) con la consecuencia de ser arrancado de la materia, y por otro lado, la emisión de energía es debida a que un electrón baja un escalón y cede ese paquete de energía… no entiendo bien eso de que el electrón sea arrancado sistemáticamente en vez de subir de escalón cuando absorbe la energía y volver a bajar cuando cede esa energía (sin moverse del “sitio”).
En otras palabras, ¿qué quiere decir eso de que electrón sea arrancado? Dices que si la frecuencia de la luz es sólo la necesaria para arrancar el electrón y nada más, el electrón tiene muy poca energía (pero es arrancado), y si la frecuencia es menor que la necesaria para arrancarlo no pasa nada. Por ahí pregunté que qué pasaba entonces con la luz infrarroja, y me contestaron que cuando la radiación infrarroja choca con los átomos sus electrones emiten energía pero no electrones… siendo así, ¿cómo pueden emitir una energía que no es capaz de arrancarlos?
¿Mesentiende
? Seguramente esté mal planteada mi pregunta, al menos espero que entiendas por dónde va lo que entendí mal.
Saludos!
electric.sheep,
Creo que sí te entiendo, pero veremos si soy capaz de que mi respuesta se entienda
Básicamente, un electrón como parte de un átomo está “preso”, y hace falta una energía determinada para arrancarlo, pongamos que esa energía es 10. De modo que podríamos decir que el electrón tiene una energía de -10, y que le hace falta tener una energía positiva para escapar.
Si el fotón que llega tiene, por ejemplo, 11, entonces el electrón (con energía 11 - 10) queda “libre” y dispone de una energía adicional de 1 con la que moverse. Hasta aquí, todo claro, espero.
Sin embargo, incluso dentro del átomo, el electrón puede tener más o menos energía según una serie de “escalones”: por ejemplo, puede estar preso con una energía de -10, o -8, o -6, o -4 o -2. Su lugar estable, como hemos dicho, era -10, pero si le llega un fotón infrarrojo con una energía de 4, entonces quedará en 4 - 10 = -6. Sigue sin poder escapar, pero tiene más energía que antes, aunque no de forma estable: es un electrón “excitado”.
El electrón excitado, al cabo de un tiempo muy corto, volverá a su energía inicial de -10, liberando un fotón de energía 4 otra vez y quedándose como estaba al principio. Al final, de forma neta, no ha pasado absolutamente nada — aunque el fotón que llegó y el que se marcha otra vez no son el mismo fotón.
Espero que todo esto no haya liado la cosa aún más y que te sirva
Aaaahora sí
Era lo que me decía, es que sino no me explicaba cómo podrían funcionar por ejemplo los fotosistemas de las cadenas de transporte electrónico en las plantas. Nada, que me estaba armando un jaleo y mezclando cosas ;p
Muchas gracias!
Una pregunta a raíz de tu ultima explicación 5/11/08. y disculpas si no me explico bien.
… aunque no ha dado el salto, el electrón ha retenido al foton por un breve tiempo. No ha podido retenerlo “para siempre” (se convirtio en inestable) pero por un brevísimo tiempo lo absorbió. El resultado final no ha variado pero en el proceso se ha (por decirlo de alguna manera ) “¿destruido?” un fotón ” y “¿creado otro?” (ya que el fotón que llega y el fotón que se va no son el mismo, aunque con la misma energía).
gran trabajo. enhorabuena
Felipe,
Lo que sucede realmente es lo que pones entre comillas: el primer fotón desaparece y transfiere su energía al electrón. El segundo fotón es diferente del primero. Lo del principio es lo que yo pondría entre comillas, porque no es realmente cierto: el fotón inicial no es “retenido”, desaparece y transfiere su energía, aunque podría decirse que el electrón “retiene la energía del fotón durante un tiempo, antes de liberarla como otro fotón” o algo así…
Gracias
Pedro en hora buena por el articulo, me surge una duda luego de leer estos comentarios. quiza sea una “burrada” pero tengo que preguntarla jeje
el foton de energia 4, llega al electron -10 y cede su energia, este electron se exita pero en un tiempo muy corto se estabiliza emitiendo otro foton, pero acaso este proceso no deberia ser mas rapido que la velocidad de la luz?? de lo contrario la energia de los fotones se acumularia.
¿Porqué Einstein usó la constante de Planck? ¿no pudo haber hecho lo mismo, pero que cada elemento necesitara de cierta frecuencia, sin tomar en cuenta todo eso de los cuantos?
Hola, muchas gracias por los artículos que escribes, y por explicarlo todo tan bien para que los “normales” nos podamos enterar del funcionamiento del universo. Creo que haces una labor excelente y un ejercicio de humildad muy meritorio al atendernos.
Te cuento que tengo una duda acerca del significado físico que tiene el valor “h”. En principio tenía entendido que es el valor mínimo de energía indivisible: un valor intermedio sería inpensable, al igual que es impensable en un valor intermedio de electrones -no tiene sentido medio electrón.
Después consulté los valores de un experimiento. Consistía en hacer incidir fotones de distintas frecuencias sobre un material, y medir el trabajo realizado sobre el electrón arrancado; para cada frecuencia de fotón. Los valores se representaban en una gráfica que parecía ser sencilla -ecuación de la recta-, que relacionaba el trabajo obtenido por un electrón (expresado en Ve) con el incremento de frecuencia del fotón. Al ser una recta, la regla es proporcional, y cuya pendiente, curiosamente, valía “h”.
El significado de “h” era (según entendí): Aumento de trabajo conseguido al incrementar 1Hz la frecuencia de la luz. Es decir, una vez superado la frecuencia mínima para arrancar el electrón, y a partir de ahí, por cada 1Hz de más que tuviera el fotón, la energía del electrón aumentaba en ¿6,67*10 exp-34?
Si en lugar de 1Hz aumentamos 0,5Hz o 0,14Hz, ¿sería posible que la energía aumentaría “h/2″ o “h/7″? No lo entiendo, si en principio “h” es indivisible. ¿significa entonces que 1Hz también es indivisible?
Podría entender que algunos valores de carácter universal son indivisibles; pero veo improbable que 1Hz=1/1segundo sea indivisible, ya que el “segundo” es una magnitud subjetiva (nuestros antepasados podrían haber definido una unidad de tiempo distinta). ¿Entiendes un poco dónde tengo la duda? Me imagino que mi confusión estará en alguna mala interpretación de algún concepto o algo, si me lo pudieras aclarar te lo agradecería.
chamaeleo,
No tengo mucho tiempo, pero a ver si puedo aclarártelo brevemente:
Tienes razón, 1 Hz no es ninguna unidad indivisible. Pueden existir frecuencias menores, pues se basa en otra unidad arbitraria (el segundo). De modo que es posible tener energías menores que h.
La discontinuidad en la cuántica es la siguiente: imagina una radiación de 0,5 Hz. Esto significa que cada fotón de la radiación tiene una energía de 0,5 h, y que es absolutamente imposible dividirla más allá. No es que h sea el límite indivisible, sino que cada frecuencia tiene el suyo, y siempre es proporcional a h.
Espero que eso resuelva tu duda
Ok, duda resuelta ;-). En otros apartados aún estoy muy pez, y posiblemente te plantee algunas preguntas más (aunque antes releeré despacito los artículos). “Vislumbrar” la mecánica cuántica requiere ir muy despacito, bastante abstracción, concentración… y tus artículos suponen una gran ayuda. Gracias!!
hola. mañana tengo un examen de fisica sobre el efectofotoelectrico y hay una pregunta que me va a salir y no se como contestarla. La pregunta es: explica en que consiste el efectofotoelectrico asi como cuales fueron las principales observaciones que no pudo explicar la fisica clasica. finalmente enuncia los postulados de Einstein para explicar el efecto fotoelectrico. si alguien me la podria contesta se lo agradeceria. MUCHAS GRACIAS.
Por favor Fernando, ¡estudia un poco! O por lo menos dedícate a leer el artículo y seguramente extraerás tu solito las conclusiones.
Esto es genial me lo estoy pasando bomba muchas gracias por vuestro esfuerzo
Buenas,
Acerca de tu comentario 16, rizando el rizo me ha surgido una pregunta:
mencionas que un electron excitado al cabo de un cortísimo período de tiempo, vuelve a tener la energía inicial que disponía, “creando un nuevo fotón”..hasta ahí entendido..
Porqué no se da el caso de que mientras el electrón esté en ese estado de excitación, se acerque otro fotón y absorva el electrón su energía y así pueda liberarse?
hola pedro!!!
De verdad te agradezco mucho tu explicación porque me haz sacado de un lio que tenía y también gracias por aclarar las dudas de los demás porque leyendolas acalare ciertas dudas que eran iguales.
Que bueno encontrar gente como tu, que comparte su conocimiento!!
Hola Pedro, con este comentario debuto en el foro. Hace unos pocos días que descubrí la página y me parece excelente la forma de explicar los temas. La estoy recomendando entre amigos de la facultad. Me has aclarado muchísimas dudas y lo que es mejor, me has generado otras en cosas que no me había puesto a pensar. Al igual que chamaeleo: “creo que haces una labor excelente y un ejercicio de humildad muy meritorio al atendernos” (no podría haberlo dicho mejor).
Eh leído… mejor dicho, me eh devorado las series sobre Estas maravillosas partículas y la Relatividad sin fórmulas, y sigo con ésta. Siempre eh tenido una duda que me pone incómodo no poder entender y me gustaría saber si fue tratada en alguna publicación anterior, ésta es la siguiente: siempre se habla de ondas, dando por hecho su movimiento natural como lógico, pero no logro entender como se concibe la idea de que una partícula recorre una dirección, y luego “sin que nada la afecte” cambiar de dirección nuevamente (por ejemplo como siempre lo explican: la función seno, donde sube y baja).
Bueno desde ya muchas gracias.
@ kemero,
Gracias mil, y me alegro de que estés disfrutando
Respecto a lo de las ondas, normalmente en la ecuación se obvia la razón por la que la partícula –si se trata de una onda mecánica– oscila, pero debería haberse justificado, al menos cualitativamente, antes. Cuand una cuerda vibra, las partículas no cambian de sentido sin que nada las afecte: la tensión de la cuerda debería mencionarse en alguna parte. Al menos, cuando yo explico ondas en el colegio hablo de las partículas de la cuerda tirando unas de otras antes de poner ninguna ecuación.
Muchas gracias Pedro por contestar a mi pregunta con tanta celeridad, pero debo serte sincero: sigo sin entender como es que a alguien se le ocurrió decir que una partícula se mueve en una dirección pero con movimiento oscilatorio y ese modelo “tan extraño” fue aceptado. Lo de “tan extraño” lo digo porque lo”lógico” sería decir que si una partícula va de A a B, lo hace en linea recta.
Tal vez te sirva saber que no conozco la ecuación que mencionas y tampoco a que te referís con “tensión de la cuerda”. Lo único que se me ocurre pensar, releyendo tu respuesta, es que se toma como que la partícula viaja recorriendo una cuerda imaginaria (algo así como una sola bolita en un collar) y dependiendo de que tan tensa este esa cuerda y cuanto la hagamos vibrar es la onda que forma la partícula. Es algo así o mande cualquiera?
Bueno, gracias por tu tiempo… continuo con la serie a ver si hoy la termino.
En el caso de la cuántica, la partícula no viaja oscilando: la partícula es la oscilación. Lo que parece “lógico” , es decir, que las partículas se comporten como partículas normalitas que no tienen nada que ver con las ondas, tiene un problema: es falso, y esto resulta notorio al realizar los experimentos adecuados… de ahí que, en poco tiempo, los científicos aceptaran la única explicación que sí predecía el comportamiento de las cosas, aunque pareciera “rara” al principio.
“la partícula no viaja oscilando: la partícula es la oscilación”… me mataste jajajaja. Mejor sigo leyendo toda la serie y si al final sigo con la duda te vuelvo a molestar con otro pregunta. Nuevamente gracias por contestar.
Aqui hay un buen video que habla del efecto fotoeléctrico: http://www.youtube.com/watch?v=8_iJaX49h2g
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