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Física 7.02 El Efecto Fotoeléctrico. Interpretación de Einstein. Explicación fácil de sus fórmulas. — Transcript

by Física Explicada · 3,058 words · 467 segments · language en · Watch on YouTube

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0:01[Música]
0:03hola vamos a hablar del efecto
0:06fotoeléctrico es un premio muy
0:08importante que ha tenido muchas y muy
0:11relevantes consecuencias sobre todo en
0:12este siglo 21 del que nos encontramos
0:15así que vamos a verlo de una forma muy
0:17sistemática vamos a seguir este guión
0:19que tengo aquí preparado primero vamos a
0:21decir en qué consiste el efecto
0:22fotoeléctrico luego diremos algunas de
0:24sus características que lo han hecho
0:25especialmente importante luego diremos
0:28la explicación que dio albert eisntein
0:30de este fenómeno si es albert eisntein
0:31nada menos y por ultimo veremos cuáles
0:34son esas consecuencias que hacen que
0:35este fenómeno sea realmente tan
0:37importante así que empezamos que es el
0:40efecto fotoeléctrico pues el efecto
0:42fotoeléctrico consiste en la emisión de
0:45electrones por un material cuando no
0:47sobre este material incide luz radiación
0:49electromagnética pero de una determinada
0:52longitud de onda o sea que se trata de
0:54de incidir luz sobre un material y que
0:57este material pues resulta que emite
0:59electrones es así de sencillo y la
1:00palabra logro lo describe muy bien
1:02efecto fotoeléctrico es que estamos
1:05haciendo incidir luz
1:07y va a salir electricidad para salir
1:09electrones corriente eléctrica esa es la
1:10idea y esta idea tan sencilla pues si
1:13tiene un dibujo pues realmente pues muy
1:15sencillo se trata de esto mismo que
1:16acabamos de contar representarlo
1:18visualmente y aquí lo tenéis este es
1:21esto es muy aquí y rayado se supone que
1:23es el material que hemos puesto ahí para
1:24ver si sucede o no sucede el efecto
1:26fotoeléctrico y lo que hacemos es
1:27iluminar lo con luz una luz determinada
1:29de una lámpara donde sea y a veces
1:32ocurre que al incidir con esa luz pues
1:34ese material desprende electrones que es
1:36una de estas cositas que hemos visto que
1:38se lanzan ahí para arriba vale esto es
1:40el efecto fotoeléctrico pero qué ocurre
1:42pero pues todo lo que está alrededor de
1:43una especie de derecho derecho que hay
1:45que poner alrededor pues para para
1:47entender que estos electrones no se ven
1:49así porque si los lectores no se ven
1:50como bonitas verdes que salen sino que
1:52hay que preparar este dispositivo en el
1:54que se supone que los electrones llegan
1:56hasta otra plata y de esta forma
1:58completar un circuito eléctrico y este
2:01pequeño circuito eléctrico se produce
2:02una corriente eléctrica pero es el
2:04proponente eléctrica sin que haya aspira
2:06ni que haya nada es decir son los
2:07propios electores que salen de este
2:09material los que generan aquí una
2:11corriente eléctrica
2:12y para detectar si se produce o no se
2:14produce el efecto fotoeléctrico se trata
2:16de detectar si se produce o no esa
2:17corriente y para eso ponemos aquí este
2:19aparatito que es un amperímetro un
2:20galvano metro pero que hace es detectar
2:22si se produce corriente eléctrica o no
2:24se produce vale pero insisto la idea es
2:26lo que sucede año decidimos luz sobre un
2:29material y ese material pues puede
2:32ocurrir que emita electrones si se llama
2:33a veces foto electrones vale pero ya ves
2:36que la palabra nos está dando ya muchas
2:37pistas de en qué consiste este fenómeno
2:39vale segundo qué características tiene
2:42este fenómeno porque es peculiar lo que
2:45sucede aquí bueno pues ya hemos dicho
2:47que el hecho de que este material emitan
2:50o emita electrones cuando lo iluminamos
2:52con luz pues depende de la luz y le
2:54estamos haciendo incide y esto se resume
2:56en una gráfica muy sencilla es una
2:58gráfica en la que vamos a representar
3:04en el eje vertical la energía cinética
3:06con la que salen los foto electrones los
3:09electrones de energía cinética salen
3:11disparados para arriba en función de la
3:13frecuencia de la luz con la que estamos
3:16iluminando esa sustancia ese material
3:18bueno pues lo que nos encontramos es que
3:21la gráfica es más o menos así
3:27y esto no me está diciendo que no
3:30siempre va a suceder efecto
3:31fotoeléctrico sino que para que suceda
3:33un efecto político la luz tiene que
3:35tener una frecuencia a partir de una
3:37cierta frecuencia que por ese motivo se
3:40llama frecuencia umbral vamos a poner
3:41aquí
3:4310 es la frecuencia
3:47un brand
3:50se llama así porque a partir de esta
3:52frecuencia así que tiene lugar el efecto
3:54fotoeléctrico sí que se produce energía
3:55cinética de los foto electrones que
3:57salen disparados por arriba o dicho de
3:59otra forma si la luz con la que estamos
4:01iluminando tiene una frecuencia
4:02demasiado baja una luz infrarroja o el
4:05microondas o algo así pues ya podemos
4:07iluminar con todas las lámparas del
4:09mundo y con toda la potencia del mundo
4:10pero si la frecuencia no es la
4:11suficiente no va a haber efecto
4:13fotoeléctrico y esto pues será
4:15sorprendente porque el hecho de que se
4:17produjera no se produjera el efecto
4:18fotoeléctrico no dependía de cuanta
4:20disponíamos sino dependía de que esa luz
4:22tiene que tener una frecuencia
4:23determinada y a partir de cierta
4:24frecuencia en frecuencia umbral sucedía
4:26y por debajo esa frecuencia por aquí no
4:29hay efecto fotoeléctrico vale eso era lo
4:31que trajo de cabeza a hertz que por
4:33ejemplo que porque en el siglo 19 volver
4:35volver menos y no se encontraba una
4:37explicación con la teoría clásica por
4:40eso esto fue tan importante vale así que
4:42esa es la cara dístico más importante
4:43del efecto fotoeléctrico por cierto que
4:45la frecuencia umbral no siempre tiene un
4:47valor determinado sino que depende del
4:48material si es por tener una solución
4:51brawl si es odio tendrá otra frecuencia
4:53embargo otra frecuencia umbral depende
4:55de qué material ponemos aquí
4:57bueno pues esto como digo pues era un
4:58misterio al final del siglo 19 hasta que
5:01un señor por listo que se llamaba a
5:02albert einstein pues propuso una
5:04explicación y la explicación bueno pues
5:07es que la explicación está aquí
5:09representada y lo que hizo a hice fue
5:12pensar con el microscopio que está
5:14sucediendo aquí se trata de esto que
5:15vemos aquí con una especie de cosa
5:17misteriosa pues ahí está es lo imagino
5:19pues los microscopios como digo para ver
5:21qué sucede microscópicamente allí porque
5:23los electrones deciden saltar hacia
5:25arriba y eso imagino de esta manera se
5:27imaginaron que cuando hacemos incidir
5:29luz pues estamos lanzando fotones contra
5:32ese material y esos fotones esos
5:35paquetes de energía pues impactan contra
5:37los electrones y esos electrones
5:38entonces puede ocurrir que tienen que
5:41hacer dos cosas tienen que conseguir
5:42salir a la superficie con lo cual
5:44estamos gastando ya una parte de la
5:46energía que teníamos inicialmente de la
5:47energía del futuro y una vez que
5:49consiguió salir la superficie si sobra
5:51energía entonces sí que se
5:53proporcionaremos esa energía para que se
5:55hagan disparados para arriba
5:56esta es la explicación de aysén del
5:58efecto fotoeléctrico y se trata de ver
6:00como sea energía incidente es energía y
6:02entra se la dio la fórmula de planck de
6:04energía de un fotón es igual a la
6:05constante de planck h por la frecuencia
6:08de la radiación pues esa energía de los
6:10botones ya digo se tiene que repartir en
6:12dos dos partes primero conseguir
6:14sacarlos a la superficie y esto lo que
6:15sea el trabajo de extracción la energía
6:18que vamos a gastar para sacarlo fuera y
6:20la segunda parte la energía suficiente
6:21entonces sí que tendremos de energía
6:23disponible como para lanzarlos para
6:25arriba y en la explicación yo creo es
6:28bastante sencilla pues es que se puede
6:30traducir una fórmula que puede parecer
6:32espectacular la voy a poner aquí pero se
6:34va a tratar nada más y nada menos que de
6:36entender la conservación de la energía
6:38cuánta energía tenemos disponible al
6:40principio pues la energía del fotón h
6:42por mí y esa energía y que se va a
6:44emplear pues en dos cosas en sacarnos a
6:46la superficie y al lanzarlo para arriba
6:47pues pongamos esto en fórmula no pues la
6:50gran interpretación distante el efecto
6:53fotoeléctrico se lo que voy a poner aquí
6:56en el gil incidente la energía del fotón
7:00pues se va a invertir en el trabajo de
7:03extracción
7:06más la energía cinética de los 'foto
7:09electrones si quiero poner la fórmula
7:10más espectacular pues voy a poner la
7:12realidad in ética como lo que es un
7:14medio de la masa de los electrones por
7:17la velocidad de los electrones al
7:19cuadrado
7:21esta sería la velocidad con la que salen
7:24disparados para arriba
7:27esta es la velocidad de los electrones
7:28vale y esta es la fórmula de este del
7:32efecto fotoeléctrico y en esta fórmula
7:34se resumen nada más y no menos que lo
7:35que ocurría allí que está ocurriendo
7:37aquí y con esto de la frecuencia umbral
7:39pues yo creo que es bastante evidente si
7:41la energía con la que estamos
7:42bombardeando a los electrones es una
7:45energía escasa porque la frecuencia es
7:47demasiado baja pues estos electrones no
7:49ayudan a salir a la superficie y nuevo
7:50efecto fotoeléctrico y sin embargo si
7:53las frecuencias son muy elevadas pues
7:54entonces sí que vamos a tener la
7:56capacidad de sacarlos fuera y además de
7:57lanzarlos para arriba y en la frontera
7:59pues nos va a ocurrir aquí que estamos
8:01en la frecuencia umbral de la frecuencia
8:03umbral en la frecuencia justa para
8:06a los electrones y llevarnos hasta la
8:07superficie pero ahí ya nos queda energía
8:09como para lanzarlos para arriba
8:12qué significa esto pues que la
8:14frecuencia umbral se relaciona con el
8:16trabajo de extracción
8:19si la velocidad es cero porque no hemos
8:23tenido oportunidad de darles energía
8:26suficiente como para que salgan
8:27disparados pues entonces lo que tendré
8:29es que h por la frecuencia umbral esté
8:33bombardeando con la frecuencia justa
8:34para que empiecen a salir con cierta
8:37energía cinética coincide con el trabajo
8:39este acción
8:41así que ese trabajo en telecinco puede
8:43parecer extraño pues va a coincidir
8:44exactamente con hache por la frecuencia
8:46umbral vale bueno pues este es el
8:49fundamento del efecto fotoeléctrico
8:51hay una cuestión aquí que también
8:53conviene aclarar y es que esta energía
8:55cinética de los 'foto electrones pues no
8:57es fácil de medir
8:58no vemos realmente los electrones con su
9:01velocidad que van hacia arriba entonces
9:03los físicos se las han ingeniado como
9:05para poder medir esa energía cinética
9:07mediante un mecanismo yo creo que
9:09bastante bastante peculiar y consiste en
9:12decir los electrones están circulando de
9:14esta manera pues una forma de medir con
9:16qué energía están circulando en un
9:18sentido pues se puede medir poniendo una
9:21pila un voltaje que vaya en sentido
9:23opuesto es decir si aquí intercalamos
9:26una pila
9:29en oposición es decir que el polo
9:31negativo esté por aquí positivo pues de
9:34esta forma conseguiremos quizá frenar a
9:37los electrones porque llegaron al polo
9:38negativo de la quilla y no quieren
9:41avanzar entonces se trata de calcular
9:43cuál es este potencial el potencial que
9:45tenemos que poner en este circuito para
9:47que para cancelar el efecto
9:49fotoeléctrico vale y ya este potencial
9:51para conseguir cancelar el efecto
9:53fotoeléctrico se le llama el potencial v
9:56de frenado
10:00es el potencial con el cual pues no
10:03vamos a tener corriente con potencia de
10:05frenado conseguimos cancelar el efecto
10:07fotoeléctrico bueno pues midiendo este
10:09potente del degenerado es lo mismo que
10:11medir con qué energía cinética base de
10:13los electrones si tenemos que poner
10:14mucho potencial de frenado expertos en
10:16el tema les venían con mucha energía
10:17cinética y si con nos basta con poner un
10:20potencial de frenado pequeño por bolt
10:22que dos voltios pues esto significará
10:24que los retenes venían con poca energía
10:26cinética bueno pues esto es una forma de
10:28medir la energía cinética de los 'foto
10:30electrones así que aquí tenemos una
10:32fórmula más que tenemos que ir nos
10:33conviene recordar y es que el potencial
10:36de frenado
10:42y lo utilizamos por la carga de electrón
10:44esto es ya una energía esta es la
10:46energía potencial de los electrones pues
10:48esta energía va a ser igual a la energía
10:53cinética
10:55de los de los electrones así que para
10:59medir esta energía cinética basta como
11:02medir el potencial de frenado bueno
11:04vamos a encuadrar estas comunidades que
11:05creo que son importantes sobre todo ésta
11:12y recordaremos que el trabajo extracción
11:16lo podemos calcular a partir de la
11:18ejecución real y la energía cinética la
11:20podemos calcular a partir de el
11:22potencial de frenar suele ser datos de
11:24los ejercicios te perdáis que si nos dan
11:25en un ejercicio pues todo el potencial
11:27de frenado pues podremos despejar cuánto
11:30vale la energía cinética de esos foto
11:31electrones o al revés vale bueno pues ya
11:34digo que esto se aplica bastante a
11:35ejercicios en los ejercicios a veces hay
11:38algunas algunas pequeñas trampas que se
11:40ponen por ejemplo pues que en vez de
11:42darnos las frecuencias con las que se
11:44irradia el material nos bien la longitud
11:46de onda bueno pero para eso
11:48ya deberíamos saber cómo pasar de
11:50frecuencia longitud de onda pues que
11:52fomenta la vamos a poner aquí también
11:53para tenerlas todas juntas y es que la
11:55velocidad era igual a lambda por la
11:57frecuencia bueno como es la velocidad de
11:59la luz c es igual al anda por la
12:02frecuencia y de esta forma si en algún
12:05ejercicio en médanos la frecuencia nos
12:06da una no cultivada podremos despejar la
12:09frecuencia y luego otro detalle que nos
12:11puede ayudar a hacer ejercicios es qué
12:14ocurre con las energías las energías que
12:15hay aquí puestas en juego las energías
12:17de los electrones pues buenas energías
12:18muy
12:19el grado de partículas muy pequeñas con
12:22muy poca masa así que las energías no se
12:24suelen expresar en julios que suele
12:27expresar en física fundamental la
12:29energía utilizando una unidad poco
12:31extraña que son los electrón voltios
12:33vamos a decir que sobre el chrome voltio
12:34así que un electrón voltios ya llego que
12:39en este tema podéis ampliar bastante es
12:41simplemente la energía que tiene un
12:44electrón cuando el potencial es de un
12:46voltio clásicas y utilizar utilizar esta
12:49misma fórmula cuanto más la carga del
12:51electrón la cale tron es 1,6
12:54por 10 elevado a al menos 19 envíos y se
12:58multiplicó por un voltio por un electro
13:01voto es la energía dentro de un voltio
13:02pues que me sale pues me sale 1,6 por 10
13:06elevado
13:08a menos 19 julios esto es un electrón
13:11voltios como veis es una unidad muy
13:13pequeña vale para que nos hagamos una
13:15idea el trabajo de extracción suele ser
13:18de unos 234 electrón voltios y suele ser
13:21un dato ya digo que se suele dar en los
13:23ejercicios de acuerdo bueno pues estamos
13:27siguiendo el guión que hemos dicho en
13:29qué consiste el efecto fotoeléctrico
13:30hemos dicho cuáles son sus
13:33características y esto se resume en esta
13:34gráfica que a partir de alfredo nombrar
13:36hay efectos por debajo de la frecuencia
13:38habrá un efecto fotoeléctrico ya hemos
13:40dicho lo más importante la explicación
13:42que proporcionó a einstein de este
13:44fenómeno y bueno pues ya vemos que
13:46tampoco es tan complicado se trata de
13:48entender la energía como que la energía
13:50que ponemos es igual la energía que
13:51luego vamos a emplear pues la energía
13:53que ponemos igual la energía que
13:54empleamos en estos dos tramos
13:56y por eso termina diciendo las
13:57consecuencias del efecto fotoeléctrico y
13:59os aseguro que son muchas por poner dos
14:03ejemplos fáciles las famosas células
14:05fotoeléctricas que actualmente se
14:07emplean como pretendemos utilizarlas
14:08para conseguir energía eléctrica a
14:10partir de relación solar pues que
14:11funcionan en bases de fenómeno como
14:13también funcionan en bases de primero
14:15los dispositivos captadores de las
14:17cámaras digitales una cámara digital
14:19tiene que captar luz y traducir eso en
14:21impulsos en pequeñas corrientes que es
14:23lo que generan las imágenes que luego
14:24podemos ver en nuestros teléfonos
14:26móviles o donde sea verdad o también las
14:28células fotoeléctricas que detectan el
14:30paso de una persona por ejemplo no deja
14:31de ser una de luz que cuando lo
14:33interrumpimos pues entonces alguna
14:34célula fotoeléctrica pues detecta que
14:36hemos pasado por la verdad buenos
14:37puestos son cosas de ingenieros porque
14:39el efecto fotográfico es importante para
14:41la física pues porque estamos hablando
14:45de principios del siglo 19 y realmente
14:48esto que vemos aquí tan sencillo como
14:49que llega un fotón impacta contra el
14:51electrón y electro ángulos subimos y
14:53luego lo lanzamos pues esto hace de cien
14:55años no se tenía tan claro y es que
14:57estamos hablando de del año
15:00de principios del siglo 19 y por poner
15:02el contexto hemos dicho que está la
15:04fórmula de blanc blanco propuso que la
15:07energía viajaba en paquetes de energía
15:09los famosos cuantos del planeta lo
15:11dispuesto en el año 1900 pero no terminó
15:14de querer eso de que esa energía estaba
15:17en la luz con esa idea de que los
15:19paquetes de energía los fotones es la
15:21forma con la que viaja la energía la luz
15:22es un nadie se lo podía imaginar o si
15:24sobre imaginabas no lo tenían tan claro
15:26el que dijo que era así y lo utilizó ya
15:28veis cómo lo utilizó muy bien fue aysén
15:30y esto lo propuso nada más que en el año
15:321905
15:36es la explicación del inj en el año 1905
15:38y funcionó muy bien pero fijaos este
15:41punto no se tenía tan claro esto de que
15:42en paquetes de energía en fotones que
15:45aunque esta explicación funcionaba del
15:47año 1905 el premio nobel que se lo
15:49dieron en el año 1921
15:56esperaron 16 años a dar el primer nobel
15:59porque quizá no lo tenían tan claro y
16:01bueno pues ya veis que esto lo estamos
16:03explicando ahora en el siglo 21
16:07y bueno pues yo creo que es una cosa
16:09estupenda verdad que una explicación que
16:13hace 100 años pues fue en venezuela
16:14donde merecedora del premio nobel y que
16:17ahora vemos tan sencilla pues en esa
16:20época no era tanto y yo creo que eso es
16:22un logro de la física que algo el
16:24principio complicado pues ahora lo vemos
16:25tan sencillo como que lo podemos
16:26explicar una pizarra para explicar una
16:28clase de física preuniversitaria
16:30bueno pues los próximos vídeos espero
16:32que sigamos viendo fenómenos que hace de
16:34cien años nos parecían extraordinarios y
16:36hoy en el siglo 21 nos sigue pareciendo
16:37inquieta un poquito extraños pero eso sí
16:40nos vemos de una forma mucho más
16:42sencilla de acuerdo
16:43nike hasta la próxima

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