El efecto fotoeléctrico. Explicación de A. Einstein

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El efecto fotoeléctrico (del latín lux, lucis luz, del griego eléctrico, ήλεκτρον, elektron, ambar y del latín ēlectricus, similar al ambar, la resina con la que los antiguos griegos detectaron los primeros fenómenos eléctricos) fue observado por primera vez en 1887 por el físico alemán Heinrich Hertz (1857 - 1894) como un efecto inesperado mientras realizaba su famoso experimento (fundamental para la unificación física de los fenómenos eléctricos y magnéticos, y para la tecnología moderna de telecomunicaciones), en el cual produjo y detectó ondas electromagnéticas en forma de ondas de radio, confirmando la predicción teórica que el gran físico escocés James Clerk Maxwell (1831 –1879) había obtenido de sus ecuaciones del campo electromagnético: ondas electromagnéticas con las propiedades de la luz podrían ser producidas al mover una carga eléctrica hacia adelante y atrás de manera oscilatoria. Las ondas electromagnéticas son descritas como campos eléctricos y magnéticos oscilantes.

H. Hertz observó que una chispa pasaba entre dos electrodos hechos de metal a un voltaje más bajo cuando la luz ultravioleta iluminaba los electrodos que cuando no eran iluminados, es decir que un objeto cargado (un metal) perdía su carga más fácilmente al ser iluminado por la luz ultravioleta. Ese efecto no esperado conduciría paradójicamente también a la descripción de corpuscular de la luz como partícula.

En los años posteriores al descubrimiento de Hertz, se descubrió que las partículas emitidas al irradiar la superficie del metal con la luz ultravioleta eran de carga negativa. Philipp Eduard Anton von Lénárd (1862 – 1947) físico Húngaro-Germano en 1900 descubrió que esas partículas negativas tenían un relación carga a masa (c/m) de las misma magnitud como aquella que había sido medida por el físico británico Joseph John “J.J.” Thomson (1856-1940) para los rayos catódicos: esto es las partícula emitidas por el cátodo al ser iluminado eran electrones.

Por lo tanto en el efecto fotoeléctrico la energía de la luz al iluminar ciertos metales, es absorbida por los electrones dentro del metal. Esta energía absorbida puede causar que los electrones sean fotoionizados, siendo eyectados o expulsados de la superficie del metal. Los electrones emitidos por la placa de metal son llamados por convención fotoelectrones, sin ninguna diferencia en carácter con los otros electrones. Este proceso de emisión electrónica es llamado fotoemisión, y se refiere a la emisión de electrones de la superficie de un metal en respuesta a la luz incidente.

Un aparato fotoeléctrico típico (similar experimentamente al utilizado por Lenard en sus experimentos) consiste esencialmente de un metal, introducido dentro de un tubo en el que se había hecho el vacío, que actúa como cátodo (polo negativo), la luz incidente sobre ese metal provoca la emisión de electrones que viajan a través de un pequeño hueco al ánodo (polo positivo) que atrae a los fotoelectrones, como consecuencia de este flujo electrónico se establece una corriente eléctrica que puede circular por un circuito exterior al aparato, y que puede ser registrada por un amperimetro, el circuito está conectado también a una batería. El número de electrones que emitido que alcanzan el ánodo pueden ser incrementado o disminuido haciendo el ánodo positivo o negativo con respecto al cátodo. Una célula fotoeléctrica actual que es usada en los aparatos de televisión, dispositivos automáticos de apertura de puertas (en ascensores, etc..), y en muchas otras aplicaciones prácticas son ejemplos de dispositivos fotoeléctricos similares al descrito.