Ideas clave
La física moderna describe la luz y la materia a escalas pequeñas. La luz viene en cuantos llamados fotones, las partículas tienen longitud de onda, los átomos tienen niveles de energía discretos y los núcleos se desintegran al azar con semividas fijas.
- Un fotón tiene energía E = hf = hc ÷ λ. Con hc = 1240 eV·nm, una longitud de onda en nanómetros da la energía directamente en electronvoltios.
- En el efecto fotoeléctrico K_máx = hf − φ. La frecuencia decide si salen electrones; la intensidad solo decide cuántos.
- Una partícula de cantidad de movimiento p tiene longitud de onda de De Broglie λ = h ÷ p. Los niveles del hidrógeno son E_n = −13,6 eV ÷ n², y se emite luz cuando un electrón cae entre niveles.
- Tras cada semivida, la mitad de los núcleos restantes se desintegra: N = N₀(½)^(t ÷ T½). La masa y la energía se relacionan por E = mc².
Ecuaciones clave
E = hf = hc ÷ λK_max = hf − φλ = h ÷ pE_n = −13.6 eV ÷ n²N = N₀(½)^(t ÷ T½)E = mc²
Ejemplo resuelto
Luz ultravioleta de 200 nm incide sobre un metal con función de trabajo 4,0 eV. La energía del fotón es 1240 ÷ 200 = 6,2 eV. La energía cinética máxima de los electrones emitidos es 6,2 − 4,0 = 2,2 eV. La luz roja de 700 nm solo tiene 1,8 eV y no libera ningún electrón, por intensa que sea.
Errores comunes
- Pensar que una luz más brillante da electrones más rápidos. La luz más brillante da más electrones; los más rápidos requieren mayor frecuencia.
- Mezclar julios y electronvoltios, o usar la longitud de onda en metros con el valor de hc en eV·nm.
- Creer que una muestra desaparece tras dos semividas. Todavía queda una cuarta parte.
Práctica
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