Luz, energía, color y efecto fotoeléctrico

En uno de los artículos mas vistos del blog, hablábamos una vez sobre la luz blanca y los colores y del famoso experimento de Newton sobre la dispersión de la luz con un prisma. Será un tema sobre el cual volveremos en breve para realizar otro post, pero hoy os vengo a hablar sobre la energía de cada uno de los colores. Y es que según la teoría ondulatoria de la luz, la luz es tan solo una pequeña zona de la radiación electromagnética con unas frecuencias determinadas que dan unos colores determinados (para cada color una frecuencia determinada).



¿Tienen todos los colores la misma energía?

Lo cierto es que se trata de otro caso resuelto por Mr. Albert Einstein (con la estimada colaboración de Mr. Max Planck). Siglo XIX. En una época en la que ya nadie daba un duro (euro) por la teoria corpuscular de la luz, y las leyes de Maxwell de las ondas electromagnéticas eran ya irrefutables, aparecen diferentes experimentos inexplicables por esta teoría. Se trata de los clásicos experimentos de los espectros de emisión y absorción (del que ya hicimos un artículo), la radiación de un cuerpo negro, el efecto Compton y el efecto fotoeléctrico.

Este último efecto consistía en irradiar una placa de un metal (zinc). Al irradiarla con luz, a partir de una cierta frecuencia, el metal era capaz de liberar los electrones obteniendo corrientes eléctricas. Éste fenómeno fue descubierto por Heinrich Rudolf Hertz (1857-1894) y no podía explicarse por la teoría ondulatoria. Lo que se observaba era que tan solo a partir de una cierta frecuencia empezaba el metal a crear electricidad, así por mucho que se aumentase la intensidad de la luz, pero con frecuencias bajas el experimento no funcionaba.

¿Como se podía explicar?

Tras la descripción corpuscular de la luz de Max Planck (que la luz estaba cuantizada y formada por partículas sin masa pero con energía llamadas fotones), Einstein explicó el efecto fotoeléctrico. Al irradiar con luz de poca energía, los fotones no son capaces de arrancar el electrón del metal. Al aumentar la intensidad estamos aumentando la cantidad de fotones, pero al ser de la misma intensidad tampoco pueden arrancar el electrón.




Se puede hacer la analogía de la mesa y las pelotas de ping pong. Si lo que intento es romper la mesa y lo intento con la caída de 20 pelotas de ping-pong, ésta no se romperá. Si lo vuelvo a intentar con 20000 pelotas de ping pong, tampoco la podre romper. Necesitaré otro material (otro foton de mayor energía) para romperlo (esfera de hierro desde una gran altura= fotón azul).

Aquí lo tenemos demostrado con un experimento sencillo. Se cargan las varillas de un electroscopio. Para volver a descargarlas se utiliza un radiación de luz ultravioleta. Al aplicarlas la varillas no se repelen y vuelven a su sitio.



La explicación, adaptada a la excitación de una hoja pintada con pintura fosforescente, se puede encontrar en el siguiente vídeo: (Se trata del vídeo número 100 de Cluster y el primero (y último..?) en el que salgo hablando):




Mas información sobre el efecto fotoeléctrico:

Vídeo antiguo, pero sumamente interesante:




En la página de La Universidad de Colorado podemos encontrar un fantástico simulador del efecto fotoeléctrico, que podemos descargar fácilmente a nuestro ordenador. Aquí tenéis el vídeo explicativo sobre el simulador.




Saludos

Sergio