El año 1905 fue clave en la historia de la física moderna.
Un trabajador de la oficina de patentes de Berna llamado Albert Einstein, revolucionó la física con la publicación de cuatro artículos esenciales para la historia de la ciencia.
Uno de ellos era “Un punto de vista heurístico sobre la producción y transformación de luz”, que explicaba el efecto fotoeléctrico usando la teoría del cuanto de Planck.
Einstein en el Parque de las Ciencias en Granada
En qué consiste el efecto fotoeléctrico
Cuando un haz de luz incide sobre una superficie metálica existe la posibilidad de que ciertos electrones de los átomos que conforman esa superficie se liberen. El experimento clásico del efecto fotoeléctrico situaba un cátodo y un ánodo en una campana y se hacía incidir la luz sobre el cátodo haciendo que se generara una corriente al llegar los electrones “arrancados” al ánodo. El ánodo, al tener una carga negativa, rechaza los electrones que provienen del cátodo a no ser que alcancen una energía cinética inicial suficiente para rechazar esta repulsión.
Esquema del dispositivo empleado para observar el efecto fotoeléctrico
Según la física clásica la energía cinética debía depender de la potencia de la luz, pero en lugar de ello la dependencia parecía ser debida a la frecuencia.
¿Cuál fue el aporte de Albert Einstein?
Einstein aprovechó los resultados de Planck y consideró la luz que incidía sobre el cátodo como un haz de partículas (fotones), cada una de las cuales tenía una energía E = hf, donde h era la constante de Planck y f la frecuencia de la radiación.
De esta forma, lo que se produce en el cátodo son choques fotón-electrón, en los que el fotón desaparece cediendo toda su energía al electrón.
Los electrones que emite el cátodo en esta circunstancia obtienen su energía de un solo fotón, por lo que independientemente de la intensidad los electrones siempre escaparán con la misma energía, que depende de la frecuencia de la luz incidente.
Con esta idea en mente, Einstein llegó a la ecuación del efecto fotoeléctrico:
Ecuación del efecto fotoeléctrico
Donde Φ es denominada la función de trabajo y depende de cada metal.
De acuerdo con la fórmula de Einstein, una gráfica de K (energía cinética) en función de la frecuencia debería ser una línea recta con pendiente h (constante de Planck).
Robert A. Millikan realizó una serie de experimentos a partir de 1910, en los que determinó entre otras cosas la constante h, la carga del electrón y confirmó el efecto fotoeléctrico tal como lo había descrito Einstein. Con estos resultados, Millikan abrió las puertas de la academia sueca para Planck (1918) y Einstein (1921) y además consiguió su propio Nobel en 1923.
Se abría definitivamente un nuevo camino en la física con la cuantización de la luz y se reducía la resistencia al concepto de fotón.
