Calculadora de efecto fotoeléctrico: energía cinética, potencial de frenado y longitud umbral
Calcula la energía cinética máxima de los electrones emitidos, el potencial de frenado y la longitud de onda umbral a partir de la luz incidente y la función de trabajo.
Cómo funciona
Ec máx = h × f − φ = h × c ÷ λ − φ · Potencial de frenado V₀ = Ec máx ÷ e · Longitud de onda umbral λ₀ = h × c ÷ φ
Según la ecuación de Einstein para el efecto fotoeléctrico, cada fotón entrega una energía h × f = h × c ÷ λ, y un electrón solo escapa del metal si esa energía supera la función de trabajo φ. Lo que sobra se convierte en la energía cinética máxima del electrón: Ec máx = h × f − φ. Lo decisivo es la frecuencia de la luz, no su intensidad: por debajo de la frecuencia umbral no sale ningún electrón por más intensa que sea la luz. Esa observación obligó a la física a aceptar que la luz viene en paquetes, los fotones.
Ejemplo resuelto
En una práctica, se ilumina una placa de sodio (φ = 2.3 eV) con luz violeta de 400 nm. Energía del fotón = h × c ÷ λ = (6.626 × 10⁻³⁴ × 3 × 10⁸) ÷ (400 × 10⁻⁹) ≈ 4.97 × 10⁻¹⁹ J ≈ 3.10 eV. Ec máx = 3.10 − 2.3 = 0.80 eV, así que un potencial de frenado de unos 0.80 V detiene a los electrones más rápidos. La longitud de onda umbral es h × c ÷ φ ≈ 539 nm: con luz roja de 800 nm no se emitiría ningún electrón.
Fuentes: Photoelectric effect — Wikipedia
Preguntas frecuentes
¿Por qué una luz más intensa no arranca electrones más rápidos?
Porque más intensidad significa más fotones, no más energía por fotón. Cada electrón absorbe un solo fotón, así que su energía cinética máxima depende solo de la frecuencia. Una luz más intensa arranca más electrones, pero no más rápidos.
¿Qué es la longitud de onda umbral?
Es la longitud de onda más larga (la frecuencia más baja) que todavía puede liberar un electrón: λ₀ = h × c ÷ φ. La luz con una longitud de onda mayor lleva muy poca energía por fotón y no produce fotoelectrones.
¿Qué es el potencial de frenado?
Es el voltaje inverso justo necesario para detener incluso a los electrones más rápidos. Numéricamente es igual a la Ec máx expresada en electronvolts, y medirlo es la forma experimental de obtener esa energía.
¿Qué es la función de trabajo de un metal?
Es la energía mínima que necesita un electrón para escapar de la superficie del metal. Cambia según el material: unos 2.3 eV para el sodio, 4.3 eV para el aluminio y 5.1 eV para el oro.
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Esta calculadora tiene fines informativos. Verifica los resultados importantes antes de tomar decisiones.