Ojocientífico.com 15/08/13

El efecto fotoeléctrico es el fenómeno en el que las partículas de luz llamadas fotón, impactan con los electrones de un metal arrancando sus átomos. El electrón se mueve durante el proceso, dado origen a una corriente eléctrica. Este fenómeno es aprovechado en las plantas que utilizan paneles solares, los cuales reciben la energía lumínica del sol transformándola en electricidad.

Albert Einstein publicó en 1905 varios artículos entre los cuales uno trataba del efecto fotoeléctrico y por el cual recibió el premio Nobel de Física en 1922. Mucho antes, en 1900, Max Plank había explicado el fenómeno de la radiación del cuerpo negro sugiriendo que la energía estaba cuantizada, pero Einstein llegó aún más lejos explicando -de acuerdo a los cuantos de Plank- que no solo la energía sino también la materia son discontinuas.

Electricidad producida por el efecto fotoeléctrico

Sabemos que la corriente eléctrica es el movimiento de electrones, siendo éstos portadores de cargas eléctricas negativas. Cuando los electrones se mueven, se origina una corriente eléctrica. La corriente es igual al número de cargas en movimiento entre un intervalo de tiempo.

i = d(Q)/dt

i: Es la corriente eléctrica

Q: Es la carga eléctrica que atraviesa el área transversal de un conductor.

d/dt: Es un operador que indica la variación de cargas eléctricas respecto del tiempo.

Cuando una lámina de metal está expuesta a la luz a una sola frecuencia, digamos la luz solar, se produce electricidad en su interior de esta manera: la luz cuando viaja se comporta como una onda, pero al intercambiar su energía con cualquier objeto lo hace como una partícula que es llamada fotón. Cuando el fotón choca con un electrón de un átomo de la lámina metálica, desaparece y cede toda su energía al electrón, expulsándolo hacia otro átomo. Esta expulsión electrónica es precisamente la corriente eléctrica.

Como el fotón desaparece durante la colisión, se hace fácil comprender que la energía de movimiento absorbida por el electrón depende de un solo fotón. Esto nos indica que la electricidad resultante no depende de la intensidad de la luz, sino más bien de la energía que porta el fotón.

E = hF

'E' Es la energía que porta el fotón; 'h' es la constante de Planck, y 'F' es la frecuencia del fotón de luz.

Tomando en cuenta que la lámina metálica contiene una cantidad enorme de átomos, debe contener una cantidad mayor de electrones y como la frecuencia de la onda lumínica es la misma, su intensidad será la misma; así cada electrón expulsado absorbe la misma cantidad de energía.

Cantidad mínima de energía para expulsar un electrón

Si '&' es la cantidad mínima de energía que necesita el fotón para expulsar un electrón del átomo, entonces la máxima cantidad de energía que necesita el electrón para abandonar su átomo y salir hacia otro, está dada por la ecuación:

E = hF-&

En este caso 'E' será la energía necesaria para producir la corriente eléctrica y '&' será el trabajo que realiza el fotón.