Calculadora del voltaje de detención en el efecto fotoeléctrico

El efecto fotoeléctrico es un fenómeno crucial en la física cuántica, que ilustra la naturaleza corpuscular de la luz. Cuando la luz incide sobre una superficie metálica, puede expulsar electrones del metal, un proceso que depende de la frecuencia de la luz y del trabajo de extracción del metal.

Antecedentes históricos

El efecto fotoeléctrico fue observado por primera vez por Heinrich Hertz en 1887, pero fue Albert Einstein quien, en 1905, proporcionó su explicación teórica, por la que ganó el Premio Nobel de Física en 1921. Einstein propuso que la luz está formada por cuantos, o fotones, cuya energía depende de su frecuencia.

Fórmula de cálculo

El voltaje de corte (ΔV0) en el efecto fotoeléctrico se calcula mediante la fórmula:

\[ ΔV_0 = \frac{hf - Φ}{e} \]

donde:

• \(h\) es la constante de Planck (6,626 × 10^-34 J·s),
• \(f\) es la frecuencia del fotón incidente,
• \(Φ\) es el trabajo de extracción del metal,
• \(e\) es la carga de un electrón (1,6 × 10^-19 C).

Ejemplo de cálculo

Datos:

• Frecuencia del fotón incidente (f) = 0,12456 Hz,
• Trabajo de extracción del metal (Φ) = 7,2098 × 10^-19 J,

El voltaje de corte (ΔV0) se calcula como:

\[ ΔV_0 = \frac{(6,626 × 10^-34 × 0,12456) - 7,2098 × 10^-19}{1,6 × 10^-19} \]

\[ ΔV_0 = -4,506124999999999 V \]

Importancia y escenarios de uso

El efecto fotoeléctrico es crucial para comprender la mecánica cuántica y tiene aplicaciones prácticas en células fotovoltaicas, espectroscopia fotoelectrónica y el desarrollo de dispositivos electrónicos como fotodiodos.

Preguntas frecuentes habituales

1. ¿Qué es el trabajo de extracción de un metal?

   • El trabajo de extracción es la energía mínima necesaria para extraer un electrón de la superficie de un metal.

2. ¿Cómo afecta la frecuencia de la luz al efecto fotoeléctrico?

   • La energía de los fotones incidentes debe exceder el trabajo de extracción del metal para que se expulsen electrones. Los fotones de mayor frecuencia (y, por tanto, energía) pueden aumentar la energía cinética de los electrones expulsados.

3. ¿Puede cualquier frecuencia de luz provocar el efecto fotoeléctrico en un metal?

   • No, hay una frecuencia mínima umbral por debajo de la cual no se expulsan electrones, independientemente de la intensidad de la luz.

Esta calculadora proporciona una forma sencilla de entender y calcular el voltaje de corte en el efecto fotoeléctrico, relacionando los conceptos de la mecánica cuántica con las aplicaciones prácticas en la tecnología moderna.