El efecto fotoeléctrico descubierto en 1887, era un fenómeno inexplicable para el electromagnetismo clásico, y fue finalmente resuelto por nuestro genio Albert Einstein.

La actual producción de energía fotoeléctrica utiliza este efecto, y se basa en la producción de una corriente eléctrica en ciertos metales (comúnmente silicio) al incidir luz sobre ellos.

Empecemos explicando nuestro punto de partida, una onda luminosa homogénea incide con cierta intensidad sobre un determinado metal, el cual libera electrones. Ahora planteemos una situación y veamos qué ocurre. Comencemos variando la intensidad con la que incide la luz sobre nuestro metal. Busquemos la respuesta utilizando un razonamiento basado en la teoría ondulatoria de la luz, sin recurrir a la vía experimental. Podríamos explicar: si se ilumina la misma superficie de metal con una onda de misma longitud, pero de distinta intensidad, entonces la energía cinética de los electrones liberados será mayor, ya que la energía de la onda también es mayor. Comprobémoslo ahora en la experiencia. Y aquí está lo curioso del asunto, la experiencia contradice nuestro razonamiento, una vez más, no es como desearíamos. Los electrones arrojados tienen todos la misma velocidad, que no cambia al variar la intensidad de la fuente de luz.

Ahora nos toca buscar una nueva teoría, las ondas de luz no nos valen. Pero ¿y qué tal si volvemos con Newton y su teoría corpuscular de la luz? Aunque haremos algunos cambios. En esta época el concepto de energía no existía, podríamos aplicar estos conocimientos a su teoría, a ver qué pasa. Si así lo hacemos obtendremos la teoría cuántica de la luz, que es muy fácil de entender, tan solo intercambia nuestras ondas electromagnéticas, por cuantos o partículas de luz, llamados fotones, de manera que podríamos describir nuestra nueva teoría de la siguiente manera: la luz se propaga de manera discontinua, es decir, de una manera pulsada por medio de partículas elementales de energía en el espacio vacío a una velocidad de 300.000 km/s.

efecto fotoelectrico

En este panorama, el efecto fotoeléctrico sí parece fácil de explicar. Los fotones, que aunque no tienen masa, sí tendrían momento lineal y se comportarían mecánicamente, en otras palabras, que pueden chocar y transmitir energía con ello, llevarían a cabo una serie de procesos individuales y análogos entre ellos, chocando con cada uno de los electrones y liberándolos con ello.

En este nuevo lenguaje además, aumentar la intensidad significaría aumentar el número de fotones incidentes, pero esto no significa que los electrones sean emitidos a mayor velocidad, sino que el número de ellos será mayor. Por lo que ahora sí, la teoría y la experiencia están de acuerdo.

Sin embargo, probemos algo más, variemos ahora la longitud del haz de luz incidente. Podremos comprobar que la velocidad con la que nuestros electrones salen despedidos es distinta, esto es porque los cuantos de luz, es decir, los fotones tienen más o menos energía dependiendo de la longitud de onda, que para hacerlo más simple, significaría que la luz incidente es de otro color.

¡Perfecto! Hemos resuelto el problema del efecto fotoeléctrico, pero ahora tenemos otro nuevo y más intricado…

Tenemos fenómenos de la luz que solo podemos explicar utilizando ondas, otros para los que necesitamos partículas, y algunos que podemos explicar por ambos métodos. ¿Cómo se come que la luz sea ondas a veces y partículas otras? Esto es lo que llamábamos dualidad partícula-onda, si quieres descubrir la interpretación cuántica quédate para más.

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2 thoughts on “Efecto fotoeléctrico”

  1. Gracias por el artículo, ha sido interesante y esclarecedor.
    Tengo una pregunta: ¿es, entonces, la radiación gamma la causante del efecto fotoeléctrico?
    Y, también… ¿Qué nivel de corriente eléctrica se puede llegar a generar mediante este fenómeno?

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    1. Muchas gracias. Y sí, en efecto, la radiación gamma consiste en emisión de fotones por lo que es capaz de producir el efecto fotoeléctrico. De hecho, es una de las maneras a través de las cuales esta radiación puede interactuar con la materia, por si te interesa también puede hacerlo mediante el efecto Compton y la creación de pares.
      En cuanto a la corriente eléctrica, eso depende mucho pero hablando de paneles fotovoltaicos regulares, los cuales tienen una eficiencia de entre un 10%-30%, se pueden conseguir entre 120 y 250 W/m2. Ahora bien con nuevas tecnologías se están consiguiendo eficiencias del 40%. Espero haberte ayudado y gracias de nuevo.

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