El rincón de la Ciencia I.S.S.N.: 1579-1149

nº 29 (enero-2005)

El nacimiento de una nueva física (RC-78)
J. A. Montiel Tosso  IES Antonio Galán Acosta (Montoro, Córdoba)

3. ¿Sirvió la teoría cuántica para interpretar otros fenómenos además de la radiación del cuerpo negro?

En cuanto Einstein, un discreto funcionario de la oficina de patentes alemana, tuvo conocimiento de la teoría cuántica la utilizó para explicar con éxito el efecto fotoeléctrico, en 1905, lo que le valió el reconocimiento internacional hasta el punto de que le concedieran el premio Nobel.

Hertz descubrió en 1887 que al incidir la luz (visible o UV) sobre muchos metales, éstos desprendían electrones. Es el llamado efecto fotoeléctrico. Posteriormente se comprobó que cada metal posee una frecuencia mínima de la radiación incidente, conocida como frecuencia umbral, por debajo de la cual no hay emisión. Además, se vio que a mayor frecuencia incidente mayor es la energía cinética de los electrones emitidos (fotoelectrones).

Según la física clásica el efecto debería darse a cualquier frecuencia, sólo sería necesaria una intensidad suficiente de la radiación que llega al metal. Además, a mayor intensidad incidente tendrían que salir los fotoelectrones con mayor energía cinética. En resumen, los conceptos clásicos sobre la radiación no podían explicar el efecto fotoeléctrico.

Sin embargo, Einstein, en 1905, amplió la teoría cuántica de Planck. Dijo que no sólo los átomos pueden absorber o emitir energía en forma de cuantos o "paquetes de energía", sino que la propia radiación se propaga también en forma de cuantos. Así, la luz, igual que todas las radiaciones electromagnéticas, está cuantizada en unidades llamadas fotones.

De este modo, si la luz que incide sobre una superficie metálica está formada por fotones de frecuencia f y de energía E = h f, cuando un fotón choque contra un electrón lo podrá "arrancar" del metal siempre que su energía (E) sea superior a la energía umbral (W), que es la que mantiene unido al electrón en el metal. Si esto ocurre, la diferencia de energía entre E y W la llevará el electrón como energía cinética, puesto que el fotón es absorbido por él. La expresión matemática es la ecuación fotoeléctrica:

Ec = h f – W

donde Ec es la energía cinética de los fotoelectrones, f es la frecuencia de la luz incidente y W es la energía umbral, también llamada función trabajo, característica de cada metal).

Einstein fue el primer científico en observar las enormes posibilidades de la teoría cuántica, si bien debemos a Niels Böhr el mérito de haber sido el primero en utilizarla para elaborar un modelo atómico con el que logró explicar el espectro del hidrógeno en 1913.

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