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[[Archivu:Photoelectric effect.svg|250px|thumb|Una diagrama ilustrando la emisión de los electrones d'una placa metálica, riquiendo de la enerxía que ye absorbida d'un fotón.]]
[[Archivu:HEINRICH HERTZ.JPG |250px|thumb|right| [[Heinrich Rudolf Hertz|Heinrich Hertz]], alredor de [[1890]], descubridor del efectuefeutu fotoeléctricu.]]
El '''efectuefeutu fotoeléctricu''' consiste na emisión d'electrones por un material al incidir sobre él una [[radiación electromagnético]] ([[Espectru visible|lluz visible]] o [[Radiación ultravioleta|ultravioleta]], polo xeneral).<ref>{{Google books|wo9tYi5WSoMC|Fisicanova. Escritu por Jaime Delgado Avendaño|page=93}}</ref> Dacuando inclúyense nel términu otros tipos d'interacción ente la lluz y la materia:
* [[Fotoconductividad]]: Ye l'aumentu de la [[conductividá eléctrica]] de la materia o en diodos provocada pola lluz. Descubierta por [[Willoughby Smith]] nel [[seleniu]] escontra la metá del [[sieglu XIX]].
* [[Célula fotoeléctrica|EfectuEfeutu fotovoltaico]]: Tresformamientu parcial de la enerxía llumínica n'enerxía eléctrica. La primera [[Célula fotoeléctrica|célula solar]] foi fabricada por [[Charles Fritts]] en 1884. Taba formada por seleniu recubiertu d'una fina capa d'oru.
L'efectuefeutu fotoeléctricu foi descubiertu y descritu por [[Heinrich Rudolf Hertz|Heinrich Hertz]], en 1887, al reparar que l'arcu que salta ente dos electrodos conectaos a alta tensión algama distancies mayores cuando s'alluma con lluz ultravioleta que cuando se dexa na escuridá. La esplicación teórica foi fecha por [[Albert Einstein]], quien publicó en 1905 el revolucionariu artículu “Heurística de la xeneración y conversión de la lluz”, basando la so formulación de la fotoelectricidá nuna estensión del trabayu sobre los [[cuanto]]s de [[Max Planck]]. Más tarde [[Robert Andrews Millikan]] pasó diez años esperimentando pa demostrar que la teoría de Einstein nun yera correcta, pa finalmente concluyir que sí lo yera. Eso dexó que Einstein y Millikan fueren galardonaos con [[premiu Nobel|Premiu Nobel]] en 1921 y 1923, respectivamente.
Podría dicise que l'efectuefeutu fotoeléctricu ye lo opuesto a los [[rayos X]], una y bones l'efectuefeutu fotoeléctricu indica que los fotones pueden tresferir enerxía a los electrones. Los rayos X (nun se sabía la naturaleza de la so radiación, d'ende la incógnita "X") son el tresformamientu nun fotón de toa o parte de la enerxía cinética d'un electrón en movimientu. Esto afayóse de casualidá primero que se dieren a conocer los trabayos de Planck y Einstein (anque nun s'entendió entós).
== Introducción ==
Los [[fotón|fotones]] tienen una [[enerxía]] característica determinada pola frecuencia d'onda de la lluz. Si un átomu absuerbe enerxía d'un fotón y tien más enerxía que la necesaria pa espulsar un electrón del material y amás tien una trayectoria empobinada escontra la superficie, entós l'electrón puede ser espulsáu del material. Si la enerxía del fotón ye demasiáu pequena, l'electrón ye incapaz d'escapar de la superficie del material. Los cambeos na intensidá de la lluz nun modificar la enerxía de los sos fotones, tan solo el númberu d'electrones que pueden escapar de la superficie sobre la qu'incide y por tantu la enerxía de los electrones emitíos nun depende de la intensidá de la radiación que-y llega, sinón de la so frecuencia. Si'l fotón ye absorbíu, parte de la enerxía utilizar pa lliberar del átomu y el restu contribúi a dotar d'enerxía cinética a la partícula llibre.
En principiu, tolos electrones son susceptibles de ser emitíos por efectuefeutu fotoeléctricu. En realidá los que más salen son los que precisen menos enerxía pa ser espulsaos y, d'ellos, los más numberosos.
Nun aislante ([[dieléctricu]]), los electrones más enerxéticos atópase na [[banda de valencia]]. Nun metal, los electrones más enerxéticos tán na [[banda de conducción]]. Nun semiconductor de tipu N, son los electrones de la banda de conducción los que son más enerxéticos. Nun semiconductor de tipu P tamién, pero hai bien pocos na banda de conducción. Asina que nesi tipu de semiconductor hai que tener en cuenta los electrones de la banda de valencia.
Los electrones pueden absorber enerxía de los fotones cuando son irradiaos, pero siguiendo un principiu de "tou o nada". Tola enerxía d'un fotón tien de ser absorbida y utilizada pa lliberar un electrón d'un [[enllaz químicu|enllaz atómicu]], o si non la enerxía ye re-emitida. Si la enerxía del fotón ye absorbida, una parte llibera al electrón del [[átomu]] y el restu contribúi a la [[enerxía cinética]] del electrón como una partícula llibre.
[[Albert Einstein|Einstein]] nun se proponía estudiar les causes del efectuefeutu nel que los electrones de ciertos metales, por cuenta de una radiación lluminoso, podíen abandonar el metal con enerxía cinética. Intentaba esplicar el comportamientu de la radiación, qu'obedecía a la intensidá de la radiación incidente, al conocese la cantidá d'electrones qu'abandonaba'l metal, y a la frecuencia de la mesma, que yera proporcional a la enerxía qu'impulsaba a diches partícules.
=== Lleis de la emisión fotoeléctrica ===
== Formulación matemática ==
P'analizar l'efectuefeutu fotoeléctricu cuantitativamente utilizando'l métodu deriváu por Einstein ye necesariu plantegar les siguientes ecuaciones:
Enerxía d'un [[fotón]] absorbíu = Enerxía necesaria pa lliberar 1 [[electrón]] + [[enerxía cinética]] del electrón emitíu.
onde ''h''
ye la [[constante de Planck]], ''f''<sub>0</sub> ye la frecuencia de corte o frecuencia mínima de los fotones por que tenga llugar l'efectuefeutu fotoeléctricu, Φ ye la [[función de trabayu]], o mínima enerxía necesaria pa llevar un electrón del nivel de Fermi al esterior del material y ''Y<sub>k</sub>'' ye la máxima enerxía cinética de los electrones que se repara esperimentalmente.
* ''Nota'': Si la enerxía del fotón (''hf'') nun ye mayor que la función de trabayu (Φ), nengún electrón va ser emitíu. Si los fotones de la radiación qu'inciden sobre'l metal tienen una menor enerxía que la de función de trabayu, los electrones del material nun llogren abonda enerxía como pa emitise de la superficie metálica.
En dellos materiales esta ecuación describe'l comportamientu del efectuefeutu fotoeléctricu de manera tan solo averada. Esto ye asina porque l'estáu de les superficies nun ye perfectu (contaminación non uniforme de la superficie esterna).
== Historia ==
=== Heinrich Hertz ===
Les primeres observaciones del efectuefeutu fotoeléctricu fueron llevaes a cabu por [[Heinrich Rudolf Hertz|Heinrich Hertz]], en 1887, nos sos esperimentos sobre la producción y recepción d'ondes electromagnétiques. El so receptor consistía nuna bobina na que podía producise una chispa como productu de la recepción d'ondes electromagnétiques. Pa reparar meyor la chispa Hertz zarró'l so receptor nuna caxa negra. Sicasí'l llargor máximu de la chispa amenorgar nesti casu comparada coles observaciones de chispes anteriores. N'efectuefeutu l'absorción de lluz ultravioleta facilitaba'l saltu de los electrones y l'intensidá de la chispa eléctrica producida nel receptor. Hertz publicó un artículu coles sos resultaos ensin intentar esplicar el fenómenu reparáu.
=== Joseph John Thomson ===
=== Philipp Lenard ===
En 1902 [[Philipp Lenard]] realizó observaciones del efectuefeutu fotoeléctricu nes que se ponía de manifiestu la variación d'enerxía de los electrones cola frecuencia de la lluz incidente.
La enerxía cinética de los electrones podía midise a partir de la diferencia de potencial necesaria pa frenalos nun tubu de rayos catódicos. La radiación ultravioleta riquía por casu potenciales de frenáu mayores que la radiación de mayor llargor d'onda. Los esperimentos de Lenard refundiaben datos namái cualitativos daes les dificultaes del equipu instrumental col cual trabayaba.
=== Cuantos de lluz de Einstein ===
En 1905, el mesmu añu que formuló la so teoría de la relatividá especial, [[Albert Einstein]] propunxo una descripción matemática d'esti fenómenu que paecía funcionar correchamente y na que la emisión d'electrones yera producida pola absorción de cuantos de lluz que más tarde seríen llamaos fotones. Nun artículu tituláu "Un puntu de vista heurísticu sobre la producción y tresformamientu de la lluz" amosó cómo la idea de partícules discretes de lluz podía esplicar l'efectuefeutu fotoeléctricu y la presencia d'una frecuencia característica pa cada material per debaxo de la cual nun se producía nengún efectuefeutu. Por esta esplicación del efectuefeutu fotoeléctricu Einstein recibiría'l [[Anexu:Ganadores del Premiu Nobel de Física|Premiu Nobel de Física]] en 1921.
Según les investigaciones de Einstein, la enerxía con que los electrones escapaben del cátodu allumáu aumentaba linealmente cola frecuencia de la lluz incidente, siendo independiente de la intensidá de llume. Sosprendentemente esti aspeutu nun se reparara n'esperiencies anteriores sobre l'efectuefeutu fotoeléctricu. La demostración esperimental d'esti aspeutu llevar a cabu en 1915 el físicu estauxunidense [[Robert Andrews Millikan]].
=== Dualidá onda-corpúsculu ===
{{AP|Dualidá onda-corpúsculu}}
L'efectuefeutu fotoeléctricu foi unu de los primeros efectos físicos que punxo de manifiestu la dualidá onda-corpúsculo característica de la [[mecánica cuántica]]. La lluz pórtase como ondes pudiendo producir interferencies y difracción como nel [[esperimentu de Young|esperimentu del doble rendija]] de [[Thomas Young]], pero intercambia enerxía de forma discreta en paquetes d'enerxía, fotones, que la so enerxía depende de la frecuencia de la radiación electromagnético. Les idees clásiques sobre l'absorción de radiación electromagnético por un electrón suxuríen que la enerxía ye absorbida de manera continua. Esti tipu d'esplicaciones atópase en llibros clásicos como'l llibru de Millikan sobre los electrones o l'escritu por Compton y Allison sobre la teoría y esperimentación con rayos X. Estes idees fueron rápido reemplazaes tres la esplicación cuántica d'Albert Einstein.
== EfectuEfeutu fotoeléctricu na actualidá ==
L'efectuefeutu fotoeléctricu ye la base de la producción de [[enerxía solar fotovoltaica]]. Esti principiu utilízase tamién pa la fabricación de célules utilizaes n'el detectores de llapada de les calderes de les grandes centrales termoeléctriques, según pa los sensores utilizaos nes cámares dixitales. Tamién s'utiliza en [[diodu|diodos]] fotosensibles tales como los que s'utilicen nes [[célula fotoeléctrica|célules fotovoltaicas]] y en [[electroscopiu|electroscopios]] o [[electrómetru|electrómetros]]. Na actualidá los materiales fotosensibles más utilizaos son, amás de los derivaos del [[cobre]] —agora en menor usu—, el [[siliciu]], que produz corrientes eléctriques mayores.
L'efectuefeutu fotoeléctricu tamién se manifiesta en cuerpos espuestos a la lluz solar de forma enllargada. Por casu, les partícules de polvu de la superficie [[Lluna|llunar]] adquieren carga positiva debíu al impactu de fotones. Les partícules cargaes se repelen mutuamente alzándose de la superficie y formando una tenue atmósfera. Los satélites espaciales tamién adquieren carga eléctrica positiva nes sos superficies allumaes y negativa nes rexones escurecíes, polo que ye necesariu tener en cuenta estos efectos d'acumuladura de carga nel so diseñu.
== Ver tamién ==
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