¿Qué es la calculadora del efecto fotoeléctrico?
Esta herramienta aplica la ecuación fotoeléctrica de Einstein para hallar la energía cinética máxima de los electrones que se desprenden de una superficie metálica cuando incide sobre ella luz de una frecuencia determinada. Es una calculadora de física universal basada en constantes fundamentales, así que funciona en cualquier parte del mundo.
Cómo utilizarla
Introduce la frecuencia de la luz incidente en unidades de ×10¹⁴ Hz (la luz visible se sitúa aproximadamente entre 4 y 7,5 ×10¹⁴ Hz) y la función de trabajo \(\Phi\) del metal en electronvoltios (eV). La calculadora te devuelve la energía del fotón, la energía cinética máxima del electrón, la frecuencia umbral y si se produce o no la emisión.
La fórmula explicada
La ecuación que rige el fenómeno es $$\text{Ec}_\text{máx} = h \cdot f - \Phi$$ donde \(h\) es la constante de Planck (\(6{,}626\times10^{-34}\ \text{J}\cdot\text{s}\)), \(f\) es la frecuencia de la luz y \(\Phi\) es la función de trabajo. Un fotón transporta una energía \(E = h \cdot f\). Si esa energía supera a \(\Phi\), el excedente se convierte en la energía cinética del electrón; si no la supera, no se emite ningún electrón. La frecuencia umbral es \(f_0 = \Phi / h\).
Ejemplo resuelto
Para \(f = 10\times10^{14}\ \text{Hz}\) (\(1{,}0\times10^{15}\ \text{Hz}\)) y \(\Phi = 2{,}3\ \text{eV}\): energía del fotón $$= \frac{h \cdot f}{e} = \frac{6{,}626\times10^{-34} \times 1{,}0\times10^{15}}{1{,}602\times10^{-19}} \approx 4{,}136\ \text{eV}.$$ $$\text{Ec}_\text{máx} = 4{,}136 - 2{,}3 \approx 1{,}836\ \text{eV}.$$ Frecuencia umbral $$f_0 = \frac{2{,}3 \times 1{,}602\times10^{-19}}{6{,}626\times10^{-34}} \approx 5{,}56\times10^{14}\ \text{Hz}.$$ Como la energía del fotón supera a la función de trabajo, se emiten electrones.
Preguntas frecuentes
¿Qué ocurre si la energía del fotón es menor que la función de trabajo? No se desprende ningún electrón; la \(\text{Ec}_\text{máx}\) se indica como 0 y la casilla «¿Se emite electrón?» muestra No.
¿Por qué se expresan las frecuencias en ×10¹⁴ Hz? Las frecuencias de la luz visible y de la región cercana al visible rondan los \(10^{14}\ \text{Hz}\), de modo que esta escala mantiene los datos de entrada en cifras cómodas.
¿Influye la intensidad de la luz? La intensidad afecta al número de electrones emitidos, pero no a su energía cinética máxima: solo la frecuencia y la función de trabajo determinan la \(\text{Ec}_\text{máx}\).
