Efecte fotoelèctric

De Viquipèdia
Dreceres ràpides: navegació, cerca
El diagrama mostra l'emissió d'electrons d'una placa metàl·lica, els fotons incidents provoquen l'ejecció d'electrons del metall.

L'efecte fotoelèctric és la capacitat de la llum per alliberar electrons d'una superfície metàl·lica. Aquest electrons deixen el metall a una velocitat que no depèn de la intensitat de la llum, sinó de la longitud d'ona.

L'efecte fotoelèctric és un cas particular d'un més general: la interacció de la radiació electromagnètica amb les partícules amb càrrega elèctrica. Una altra manifestació d'aquesta interacció és la radiació del cos negre. L'explicació de l'efecte fotoelèctric estaria lligada, com veurem més endavant, a la de la radiació del cos negre.

Fins a 1899 les dades obtingudes sobre la radiació del cos negre experimentalment estaven d'acord amb la Llei de Wien, proposada tres anys abans. Però a la tardor de 1900 els experiments realitzats per Heinrich Rubens i Ferdinand Kurlbaum a Berlín amb longituds d'ona més llargues feren evident que la concordança no era real, la qual cosa confirmava les sospites de Otto Lummer, Ernst Pringsheim, i altres.

Pocs dies després Max Planck va trobar una nova fórmula que explicava totes les observacions. En la sessió del 19 d'octubre exposà la nova Llei de Planck davant la Societat Alemanya de Física. Només algunes setmanes després, el 14 de desembre de 1900 llegia, en el mateix lloc, la seva memòria: "Sobre la Teoria de la Llei de la Distribució de l'Energia en l'Espectre Normal", on oferia una justificació teòrica de la seva llei. Max Planck, basant-se en les observacions esmentades, arribà a la conclusió de què un cos calent emet llum d'una determinada freqüència (o color) en porcions indivisibles que va denominar quàntums, per la qual cosa Planck introduí la seva constant h en les seves equacions, cèlebres perquè descrivien la radiació del cos negre de forma correcta, la qual cosa no s'havia pogut explicar partint de la hipòtesi clàssica, segons la qual la llum era una ona. Per arribar a les seves conclusions Planck ideà un model segons el qual un cos que emetia o absorbia radiació s'assimilava a un conjunt de partícules carregades elèctricament en oscil·lació permanent, que, en definitiva, causaven l'emissió i absorció de les radiacions electromagnètiques. El tractament d'aquests oscil·ladors segons la física clàssica no portava a la llei de Planck, per la qual cosa cercà alternatives que obtinguessin l'explicació cercada a qualsevol preu. Fou així com Planck, "en un acte de desesperació", decidí aplicar els mètodes estadístics de Boltzmann. Si bé no ho feu de bon grat, ja que implicaven que les lleis de la termodinàmica tenien caràcter probabilístic, en contra de sa seva adhesió al caràcter absolut de les lleis de la física. Per afegitó, els oscil·ladors planckians de freqüència ν no podien absorbir o emetre qualsevol quantitat d'energia, com es podria esperar seguint els dictats de la mecànica clàssica: només quantitats múltiples d'una unitat elemental, com ja s'ha esmentat:

E=h\nu

L'any 1905 Albert Einstein postulà el comportament corpuscular de la llum, en un famós article titulat: "Sobre un Punt de Vista Heurístic Referent a l'Emissió i Transformació de la Llum", que incloïa tres aplicacions, una de les quals era l'efecte fotoelèctric. Experiments posteriors van confirmar l'explicació einsteniana de l'efecte fotoelèctric, per la qual cosa li va ser concedit el premi Nobel de física l'any 1921, "pels seus serveis a la física teòrica i, especialment, pel seu descobriment de la llei de l'efecte fotoelèctric".

El raonament d'Einstein era el següent: en primer lloc calculà la variació de l'entropia d'un gas ideal com a conseqüència d'una transformació reversible del seu volum, a temperatura constant. Després repetí el càlcul, però per radiació, en lloc del gas, i suposant vàlida la ja esmentada Llei de Wien. Tot això permeté a Einstein arribar a la conclusió que la radiació es comporta com si estigués constituïda per quanta d'energia independents uns dels altres, de magnitud  h\nu .

Vegeu també[modifica | modifica el codi]

A Wikimedia Commons hi ha contingut multimèdia relatiu a: Efecte fotoelèctric