En el experimento del efecto fotoeléctrico, ¿por qué la cantidad de fotoelectrones no cambia al aumentar la frecuencia?

Si aumentamos la frecuencia de la luz, la energía de los fotones también aumentará. Podemos ver esto claramente a partir de esta ecuación,

mi = h v ; v es la frecuencia de la luz

ingrese la descripción de la imagen aquí

Sabemos que los electrones pierden energía al salir de la red metálica debido a las colisiones. Algunos electrones pierden toda la energía debido a las colisiones antes de salir del metal y por lo tanto no pueden salir de la red metálica. Pero ahora, dado que la energía que les transfieren los fotones es mayor, ahora pueden salir del átomo a pesar de todas las colisiones. Entonces, considerando estos electrones que ahora logran salir, la cantidad de fotoelectrones definitivamente debería aumentar al aumentar la frecuencia de la luz.

Si el número de fotoelectrones ha aumentado, la corriente de saturación (fotocorriente en la que los electrones con energía cinética cero también pueden abandonar la red metálica) aumentará. Es porque puede suceder que el electrón que antes perdió toda su energía antes de llegar a la superficie del átomo salga de la red metálica con energía cinética cero.

Por lo tanto, este gráfico de fotocorriente vs potencial de ánodo en dos frecuencias diferentes es incorrecto. La corriente de saturación de la luz con más frecuencia debe ser mayor ya que el número de electrones que llegan a la otra placa es mayor. (La corriente de saturación es en realidad una medida de los fotoelectrones que llegan a la otra placa).

¿Qué me estoy perdiendo?

Por favor, no dé ninguna explicación basada en fórmulas.

Para ilustrar mejor lo que digo,

Considere un electrón. En la situación 1, absorbió 3ev (los números se toman al azar) de energía de un fotón en particular. Al salir del átomo, enfrentó colisiones. Digamos, para superar esas colisiones, necesita dar 4ev de energía. Pero como los electrones no tienen tanta energía, no podrán salir del átomo. En la situación 2, digamos, la frecuencia de la luz aumenta y, por lo tanto, se transfiere más energía a este electrón, digamos 5ev. Ahora, al salir del átomo, tendrá suficiente energía para enfrentar todas estas colisiones y salir. Por lo tanto, se convierte en un fotoelectrón.

ingrese la descripción de la imagen aquí

Respuestas (3)

La energía cinética de un fotoelectrón depende de la energía necesaria para sacarlo de la red y de la energía del fotón incidente que lo hizo. Dado que en realidad es un efecto de superficie, las colisiones con los átomos de la red no son muy importantes. Entonces, cuando enciendes una luz sobre la superficie del metal, la cantidad de electrones emitidos depende de la NÚMERO de fotones. La emisión en sí, por supuesto, depende de la energía. Entonces, debido a que los electrones en el metal necesitan una cantidad exacta de energía para ser extraídos de la red, un fotón debe tener al menos esta cantidad de energía. Pero un fotón puede expulsar solo un electrón, etc. Ahora, en tu escenario dices que hay electrones que simplemente no podrían salir del metal... pero ¿has considerado cómo podría un fotón llegar a este electrón? Los metales no son muy buenos materiales transparentes... la luz interactúa con el metal justo en la superficie. Entonces, los electrones de la superficie son los que se expulsan. Entonces, los efectos de colisión de los que está hablando tienen un efecto casi nulo en el efecto fotoeléctrico. Los datos experimentales muestran que solo se necesita una energía única para iniciar el efecto en un metal dado.

Todo este tiempo, en toda la teoría del efecto fotoeléctrico, hemos dudado en hablar de las energías cinéticas de los electrones. Solo hablamos sobre el rango de energía cinética. Si su suposición fuera tan válida, entonces podríamos haber tomado las energías cinéticas máximas que poseerán los electrones de la superficie externa y trabajar con eso.
¿Qué quiere decir con "Los metales no son muy buenos materiales transparentes"? Un metal está formado por celdas unitarias que, cuando se repiten en todas las dimensiones, generan la red completa. Entonces, la celosía metálica en la superficie tiene el mismo entorno que las partes internas de la celosía. Además, los electrones en la superficie del metal no pertenecen a un núcleo en particular, pueden moverse alrededor de toda la red. Entonces, un electrón que estaba en el núcleo interno podría estar en la superficie externa en el siguiente instante. Después de que la luz expulse algunos fotones, los electrones dentro de la red metálica ocuparán su lugar para superar la deficiencia.
Ahora, esos electrones que han venido a tomar el lugar de los fotoelectrones ahora son expulsados. Entonces, creo que explica claramente por qué su argumento de que la luz expulsa electrones en la superficie del átomo de metal en su mayoría no tiene fundamento.
@Blue, No. El entorno de un átomo en la superficie del metal no es idéntico al de uno a granel. El orden de largo alcance (que se extiende infinitamente en todas las direcciones) es una descripción teórica de un cristal. En realidad, ningún cristal tiene una longitud infinita en las tres dimensiones.
@Unnikrishnan, está bien, incluso si consideramos eso, es cierto que cuando se expulsan los electrones de la superficie, los electrones que se encuentran en la parte interna del núcleo se apresurarán a ocupar su lugar. Por lo tanto, podemos decir que todos los electrones de la red metálica tienen buenas posibilidades de salir.
@Unnikrishnan: Cuando digo superficie, no me refiero a la capa de metal expuesta al ambiente exterior. También podemos hablar de una capa "justo" adyacente a ella. Ahora bien, ¿podemos decir que tendrá el mismo entorno y le llegarán fotones?
De acuerdo con la teoría cuántica de la materia, los electrones en un átomo ocupan estados ligados discretos. Los electrones que se encuentran cerca del núcleo están estrechamente ligados, mientras que los que están más lejos están débilmente ligados. La energía del estado ligado de los electrones de valencia es muy alta y está cerca de los valores continuos. Por lo tanto, son más vulnerables al potencial oscilante. Entonces, un electrón no puede simplemente saltar de un núcleo a otro a menos que se le dé la energía adecuada. En el efecto fotoeléctrico (que es una de las muchas formas en que la materia interactúa con la radiación), los electrones de valencia son expulsados ​​de la capa de valencia.
Hay una deficiencia de electrones en el lugar donde acaban de salir los fotoelectrones. El núcleo ejercerá fuerza; algunos electrones (podrían no ser del núcleo interno) definitivamente tomarán su lugar. ¿Estás diciendo que no lo harán?
Y, como mencioné, para un metal dado, la cantidad de energía necesaria para expulsar fotoelectrones es siempre la misma, lo que sugiere que siempre es el electrón en el mismo estado de energía...
¿O diría que es posible obtener fotoelectrones con energía cinética casi nula usando fotones más energéticos? Creo que estás ignorando muchos de los datos experimentales...

El metal tiene una función de trabajo. ϕ y asociado con ϕ es una frecuencia muy particular, a veces conocida como la frecuencia umbral y, como sin duda sabe, la radiación EM debe tener una frecuencia mayor o igual a esta para causar la emisión de fotoelectrones.

Si aumenta esta frecuencia de la radiación EM, el número de fotones liberados del metal no aumentará ya que la luz interactúa con los electrones en la materia en una base de uno a uno . Es decir: Solo 1 fotón puede proporcionar suficiente energía para liberar 1 electrón. Aumentar la frecuencia solo dará a los electrones más energía cinética a medida que son expulsados ​​​​de la superficie del metal.

Tendría que aumentar la intensidad de la radiación EM (siempre que su frecuencia esté por encima del umbral de frecuencia) para aumentar la cantidad de fotoelectrones liberados por segundo.

Considere un electrón. En la situación 1, absorbió 3ev (los números se toman al azar) de energía de un fotón en particular. Al salir del átomo, enfrentó colisiones. Digamos, para superar esas colisiones, necesita dar 4ev de energía. Pero como los electrones no tienen tanta energía, no podrán salir del átomo. En la situación 2, digamos, la frecuencia de la luz aumenta y, por lo tanto, se transfiere más energía a este electrón, digamos 5ev. Ahora, al salir del átomo, tendrá suficiente energía para enfrentar todas estas colisiones y salir. Por lo tanto, se convierte en un fotoelectrón.
@Blue Bien, buen punto, necesito más tiempo para pensar en esto. Si no puedo resolverlo, espero que alguien más pueda darte una mejor respuesta que esta.

La pregunta tiene una respuesta conceptual realmente simple.

Al aumentar la frecuencia de los fotones aumenta la energía de un fotón. El efecto fotoeléctrico es un fenómeno que aumenta solo cuando se elimina una gran cantidad de electrones de la superficie, es decir, una gran cantidad de electrones de la superficie chocan con los fotones entrantes.

El aumento de la frecuencia aumenta la energía de cada fotón, pero el aumento de la intensidad aumenta el número de fotones. El efecto fotoeléctrico aumenta solo cuando los electrones grandes son eliminados de la superficie, lo que solo ocurre con una alta intensidad de luz.

En el experimento del efecto fotoeléctrico, ¿por qué la cantidad de fotoelectrones no cambia al aumentar la frecuencia?
RespuestasAquíPolítica de privacidad1y, 0v