Diferencia Entre Efecto Fotoelectrico y Efecto Compton

El efecto fotoeléctric fotoeléctrico. o. En 1887, el físico alemán Heinrich Hertz (1857-1894) descubrió accidentalmente que la luz ultravioleta modificaba el voltaje al que se producían chispas entre los electrodos metálicos. El alemán Philipp Lenard (1862-1947) describió este fenómeno, llamado efecto fotoeléctrico, como la emisión de electrones por parte de las superficies metálicas cuando sobre ellas incide luz visible o ultravioleta, las conclusiones básicas son: La energía cinética máxima que pueden alcanzar los electrones emitidos no depende de la intensidad de la radiación  incidente. 

En el efecto fotoeléctrico, la emisión de electrones es instantánea.

Se da en electrones amarrados , el electrón absorbe al fotón llevándose toda su energía. Los fotones tienen energía proporcional a la frecuencia de la onda asociada, el intercambio de energía entre radiación y materia es un múltiplo de un cuanto elemental. 

Esquema del efecto fotoeléctrico: al incidir haces de luz (fotones) sobre ciertos materiales, se produce una emisión de electrones.

Explicación Explicació n de Einstein. Los fotones tienen una energía característica determinada por la frecuencia de onda de la luz. Si un átomo absorbe energía de un fotón y tiene más energía que la necesaria para expulsar un electrón del material y además posee una trayectoria dirigida hacia la superficie, entonces el electrón puede ser expulsado del material. Si la energía del fotón es demasiado pequeña, el electrón es incapaz de escapar de la superficie del material. Los cambios en la intensidad de la luz no modifican la energía de sus fotones, tan sólo el número de electrones que pueden escapar de la superficie sobre la que incide y por tanto la energía de los electrones emitidos no depende de la intensidad de la radiación que le llega, sino de su frecuencia. Si el fotón es absorbido, parte de la energía se utiliza para liberarlo del átomo y el resto contribuye a dotar de energía cinética a la partícula libre. Los fotones del rayo de luz tienen una energía característica determinada por la frecuencia de la luz. En el proceso de fotoemisión, si un electrón absorbe la energía de un fotón y éste último tiene más energía que lafunción la función trabajo, el electrón es arrancado del material. Si la energía del fotón es demasiado baja, el electrón no puede escapar de la superficie del material. Aumentar la intensidad del haz no cambia la energía de los fotones constituyentes, solo cambia el número de fotones. En consecuencia, la energía de los electrones emitidos no depende de la intensidad de la luz, sino de la energía de los fotones. Los electrones pueden absorber energía de los fotones cuando son irradiados, pero siguiendo un principio de "todo o nada". Toda la energía de un fotón debe ser absorbida y utilizada para liberar un electrón de un enlace atómico, o si no la energía es re-emitida. Si la energía del fotón es absorbida, una parte libera al electrón del átomo y el resto contribuye a la energía cinética del electrón como una partícula libre. En principio, todos los electrones son susceptibles de ser emitidos por efecto fotoeléctrico. En realidad los que más salen son los que necesitan menos energía para s er expulsados y, de ellos, los más numerosos. En 1905, Albert Einstein (1879-1955) ofreció una sugerente explicación del efecto fotoeléctrico. Según Einstein, la radiación electromagnética está formada por partículas, a las que llamó fotones, cuya energía sería proporcional a la frecuencia de la onda asociada. De este modo, el intercambio de energía entre la radiación y la materia sólo sería posible en valores múltiplos de un cuanto elemental, como el traspaso de un número entero de fotones. Entonces: Al incidir la onda sobre la superficie metálica, un electrón en reposo absorbe un fotón de energía Ef  = hn, siendo n la frecuencia de la onda y h la constante de Planck. 

Si W es la energía necesaria para extraer al electrón de la superficie metálica, este escaparía de la misma con una energía cinética Ec = hn - W. 

De esta forma se explican satisfactoriamente las propiedades del efecto fotoeléctrico: La energía cinética máxima obtenida depende solo de la frecuencia de la radiación incidente, pero no de su intensidad. En cambio, el número de electrones emitidos es función de la cantidad de fotones incidentes (es decir, de la intensidad de la radiación). 

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La emisión de electrones es instantánea, como la transferencia de energía fotón-electrón.

Además, Einstein estableció que para que se produzca el efecto fotoeléctrico es necesario superar un valor umbral de frecuencia de la radiación, sea cual sea su intensidad:

El efecto Compton. El efecto Compton es un fenómeno por el cual la radiación electromagnética que incide sobre ciertas superficies sale con una longitud de onda mayor que la de entrada. Este fenómeno, observado en 1923 por el físico estadounidense Arthur Holly Compton (1892-1962) en el curso de investigaciones realizadas sobre la difusión de los rayos X, sólo puede explicarse a partir de los principios de la mecánica cuántica. Así, si se considera que la radiación electromagnética está constituida por cuantos de energía llamados fotones, en su interacción con la materia puede absorberse parte de estos fotones. En tal caso, la energía global de la radiación disminuiría, y también su frecuencia, con lo que aumentaría la longitud de onda. El efecto Compton se da en electrones libres, se tiene un fotón y un electrón inicial y un existe un electrón y fotón final.

Longitud de onda de Compton. El efecto Compton puede cuantificarse dentro del marco teórico ofrecido por Planck y Einstein acerca de la energía electromagnética. Considerando que la masa de los cuantos de esta radiación (fotones) es Ef = hn, que también se puede escribir como Ef  =

w, siendo

= h / 2p, el momento lineal de cada fotón viene definido por:

Mediante las leyes de conservación del momento lineal y de la energía se obtiene que la diferencia entre las longitudes de onda de entrada y salida del fotón en la interacción viene dada por:

Siendo q el ángulo de desviación de la trayectoria del fotón y lc una constante llamada longitud de onda de Compton del electrón, cuyo valor viene dado por: