Originalmente había pensado que los electrones se pueden mover de un nivel de energía más bajo a un nivel de energía más alto con un voltaje aplicado. Por lo tanto, poner un voltaje aplicado en un material dado permitirá que una frecuencia de luz más pequeña emita electrones, pero esto resulta ser falso.
¿En qué parte de mi razonamiento me equivoqué? Además, si esto no es cierto, ¿cómo es posible que no todos los electrones emitidos tengan la misma energía cinética?
El voltaje es capaz de crear un campo eléctrico. Esto representa un cambio en el potencial a lo largo de cierta distancia ( ). Por lo tanto, el efecto de un campo eléctrico depende no solo de la fuerza, sino también de la distancia sobre la que puede actuar.
Si bien el campo puede proporcionar una fuerza a las cargas (como los electrones libres), casi no tendrá efecto en un átomo. El cambio en el campo sobre el tamaño del átomo es tan pequeño que la orientación de la nube de electrones no se ve afectada. Entonces el campo no puede energizar los átomos individuales.
¿Cómo es posible que no todos los electrones emitidos tengan la misma energía cinética?
La expulsión es un proceso desordenado. Imagine tener un dispositivo que pueda dar una "patada" muy precisa a una pelota. Colocas una pelota sobre él y siempre la pateará hacia arriba exactamente 2 metros. Ahora llevas el dispositivo a una piscina de bolas. A veces obtienes el KE máximo en una sola bola y se eleva 2 m en el aire. A veces va un poco de lado y no llega a los 2m. A veces, la pelota golpea a otra y simplemente baraja algunas pelotas.
Lo que puedes decir es que nunca ves una bola que supere los 2 m. Lo mismo en el experimento fotoeléctrico. Al aumentar el voltaje, es como reducir la altura a la que pueden llegar las bolas. La idea es encontrar la extensión máxima, no la proporción de eyecciones que alcanzan esa extensión.
Los electrones y los átomos pertenecen al marco de la mecánica cuántica. El voltaje es una manifestación colectiva de una enorme cantidad de electrones y pertenece a la teoría electromagnética clásica.
La teoría de bandas de sólidos es un modelo mecánico cuántico intermedio que puede describir el comportamiento colectivo de los electrones en los sólidos.
Para situaciones especiales, los átomos pueden ionizarse, emitiendo un electrón, vea la respuesta a una pregunta relevante aquí , pero esto sucede cuando los electrones libres acelerados (o semi libres en la banda de conducción de los metales) pueden transferir energía a un electrón en un orbital por dispersión. y expulsarlo.
El efecto fotoeléctrico no involucra dispersión electrón-electrón sino dispersión de electrones fotónicos, transfiriendo energía el fotón al electrón expulsado. La introducción de un voltaje macroscópico no puede cambiar la estructura atómica y, en consecuencia, la estructura de bandas de los niveles de energía de los electrones en la superficie.
ZeroTheHero
JobHunter69