El efecto fotoeléctrico — la luz expulsando electrones de la superficie de un metal — parece simple en el laboratorio pero rompió la física clásica cuando se estudió cuidadosamente por primera vez. La explicación de Einstein en 1905, de que la luz entrega su energía en paquetes discretos de fotones en lugar de como una onda continua, se convirtió en uno de los resultados fundacionales de la mecánica cuántica.
Cómo funciona la Calculadora del Efecto Fotoeléctrico
La calculadora aplica la ecuación fotoeléctrica de Einstein, ECmax = hf − φ, donde h es la constante de Planck, f es la frecuencia de la luz incidente, y φ es la función de trabajo del material objetivo. Puedes ingresar la luz ya sea como una frecuencia (THz) o una longitud de onda (nm) — internamente la calculadora convierte la longitud de onda a frecuencia mediante c = fλ antes de aplicar la fórmula, ya que la energía depende de la frecuencia, no directamente de la longitud de onda. A partir de ECmax también deriva la frecuencia umbral f₀ = φ/h (el punto donde ECmax llega a cero) y el voltaje de frenado V₀ = ECmax/e (el potencial retardador que detiene a los fotoelectrones más rápidos). Las tres cantidades vienen de las mismas dos entradas — las pestañas simplemente eligen cuál se promueve al resultado destacado.
Entradas y qué significan
La frecuencia se ingresa en terahercios (10¹² Hz) ya que la luz visible a UV está en el rango de cientos de THz; la longitud de onda se ingresa en nanómetros por la misma razón. La función de trabajo se ingresa directamente en electronvoltios, ya que así es como se tabula universalmente para materiales reales — los metales típicos van desde aproximadamente 2 eV (metales alcalinos como sodio, cesio) hasta casi 6.5 eV para el platino. La frecuencia umbral y el voltaje de frenado dependen solo de la función de trabajo (y, para el voltaje de frenado, también de la frecuencia de la luz) — son propiedades del material y de la fuente de luz elegida, no ajustables independientemente.
Límites y casos extremos
Cuando la energía del fotón incidente está por debajo de la función de trabajo, ECmax es matemáticamente negativa — físicamente esto significa que se emiten cero fotoelectrones, no un haz de electrones de energía negativa, así que la calculadora reporta "Sin emisión" en lugar de una energía cinética negativa en el resultado destacado. Esta calculadora asume una superficie metálica ideal y limpia y luz monocromática de incidencia normal; los experimentos reales de fotoemisión ven contaminación superficial, variación de la función de trabajo entre facetas cristalinas, y una dispersión de energías de electrones por debajo de ECmax debido a electrones que escapan desde debajo de la capa atómica superior. Tampoco modela el flujo de fotones, la eficiencia cuántica ni la corriente fotoeléctrica misma — solo la energética del electrón expulsado más rápido.