Efecto fotoeléctrico: ¿cuál es la probabilidad de que un electrón absorba un fotón?

¿Es correcto que

cada fotón por encima de la frecuencia umbral es absorbido por un electrón

¿Cuál es la probabilidad de que un electrón absorba un fotón? ¿Se puede dar un ejemplo cuantitativo?

Respuestas (1)

Hay dos pasos para la fotoemisión:

  1. un electrón absorbe un fotón. Esto produce un electrón que se mueve en la misma dirección que el fotón original, es decir, hacia abajo en la mayor parte del metal.

  2. el electrón se retrodispersa de otros electrones en la red o transfiere su energía a otros electrones. De cualquier manera, esto produce un electrón que se mueve en la dirección opuesta, es decir, hacia la superficie del metal y, en última instancia, fuera del metal.

El rendimiento para el paso 1 es casi del 100%. Podemos medir esto experimentalmente porque exactamente este principio se usa en un tubo fotomultiplicador. En un PMT, se utiliza una hoja de metal muy delgada, de modo que cuando un electrón absorbe un fotón, viaja directamente a través de la hoja de metal y sale por el otro lado. Este diseño significa que no es necesaria la dispersión para que escape el electrón original. La eficiencia de PMT puede acercarse al 100% en condiciones ideales.

El rendimiento para el paso 2 es absolutamente horrible. El experimento muestra que sólo uno de cada 10 5 a 10 6 fotones produce un fotoelectrón. Esto no debería sorprender, ya que la dispersión de un electrón dirigido hacia la masa de un metal es un proceso aleatorio y la probabilidad de que produzca un electrón dirigido en la dirección opuesta con suficiente energía para escapar es muy baja.

Gracias por la respuesta. . . . Así que tengo dos preguntas más: 1. ¿Significa que parte (¿la mayoría?) de los electrones que absorbieron un fotón no son los fotoelectrones emitidos por el cátodo? 2. ¿Es correcto decir que la sección transversal relevante para la emisión fotoeléctrica está determinada por la interacción electrón-electrón en lugar de la interacción fotón-electrón ("El rendimiento para el paso 1 es casi el 100%")?
@Dan: sí, del 99,99 al 99,999% de los electrones que absorben un fotón simplemente vibran dentro del metal y no escapan, y sí, el rendimiento de fotoelectrones está determinado por las interacciones en el metal, no por la interacción original del electrón del fotón.
¡Esto fue rápido! Así que hay muchos conceptos erróneos sobre este tema en muchos libros de texto. . .
@Dan: la naturaleza exacta del proceso generalmente se pasa por alto cuando se lo presenta a los estudiantes, pero me sorprendería si alguno de los libros de texto conocidos fuera engañoso. Lo que describí en mi respuesta es material estándar que es bien conocido en la comunidad de físicos.
Lo siento pero no entiendo nada: si tan solo 10 5 de fotones producen un fotoelectrón, eso significa que un panel solar solo tiene 0.00001 ¿eficiencia? Así que cada uno 100  kilovatios de luz sólo se producirá 1  W de electricidad?
@EnderLook: los paneles solares no utilizan el efecto fotoeléctrico para funcionar.
Oh, lo siento, pensé que el efecto fotovoltaico era lo mismo que el fotoeléctrico.
@JohnRennie, ¿podría hacer referencia a un experimento?
@JohnRennie Si el electrón se dispersa de otros electrones en la red, ¿ la energía cinética máxima es exactamente igual a hf - función de trabajo del metal ? ¿No perderá algo de su energía durante la colisión con otros electrones?
Efecto fotoeléctrico: ¿cuál es la probabilidad de que un electrón absorba un fotón?
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