Radiación Electromagnética y Fenómenos Cuánticos

Los experimentos de Heinrich Hertz

El físico alemán Heinrich Hertz realizó algunos experimentos utilizando superficies cargadas eléctricamente con un espacio entre ellas. En estos experimentos, dos superficies metálicas tenían cargas eléctricas diferentes, lo que provocaba una diferencia de tensión. Cuando la diferencia de carga es grande, se produce una chispa eléctrica y las cargas eléctricas fluyen a través del hueco.

Si la luz ultravioleta incide sobre las superficies cargadas, se producen chispas eléctricas con facilidad. En aquel momento se desconocía el motivo, pero el concepto de que la electricidad saltaba más fácilmente cuando la luz UV incidía sobre los metales interesó a los científicos.

J.Eldescubrimiento de J. Thomson

El físico británico J. J. Thomson descubrió que el efecto subyacente a lo que había observado Heinrich Hertz estaba relacionado con la luz que incidía sobre las placas, es decir, que la luz ultravioleta empujaba las cargas eléctricas de una superficie metálica a la otra. Observó que las cargas eléctricas responsables de producir las chispas eléctricas tenían la misma relación masa/carga que los electrones y que las partículas saltaban de la superficie con una carga eléctrica mayor a otra con una carga menor.

Los experimentos de Philipp Lenard

El físico húngaro-alemán Philipp Lenard realizó experimentos con dos placas separadas por un hueco. La primera placa tenía una fuente de luz que la iluminaba y una segunda placa colocada sobre ella.

Un electrón saltó de la primera placa a la segunda debido al aumento de la diferencia de tensión. A continuación, Lenard cambió la intensidad de la luz para ver si esto tenía algún efecto sobre el salto de los electrones. Se esperaba que la luz ayudara a los electrones a saltar más fácilmente y, por tanto, a transmitir energía.

Sin embargo, los resultados experimentales fueron negativos. No había ninguna relación entre la energía de las cargas que saltaban entre las placas y la intensidad de la luz.

Los experimentos de Robert Millikan

Más tarde, el físico experimental estadounidense Robert Millikan intentó refutar la teoría de que la luz era una partícula. Millikan teorizó que si el experimento se realizaba en el vacío y con cuidado, no se producirían electrones.

Sin embargo, Millikan descubrió que sus ideas no eran ciertas y que, efectivamente, se expulsaban electrones tras el impacto de la radiación sobre el metal. Sus experimentos establecieron que la liberación de una partícula cargada requería que la luz tuviera una longitud de onda mínima. Sus experimentos también demostraron una conexión entre la longitud de onda y la frecuencia. Puesto que la longitud de onda y la frecuencia están relacionadas, Millikan descubrió que la luz necesitaba tener una frecuencia mínima para liberar cargas eléctricas delasuperficie de la placa metálica. Este valor se ha denominado "frecuencia de corte".

La pendiente de los datos trazados se utilizó posteriormente para obtener el valor delaconstante de Planck.

La relación entre la energía electromagnética y las cargas liberadas

Los experimentos realizados por Millikan y otros demostraron que las variaciones enelbrillo de la luz no afectaban al número de partículas liberadas.

Las partículas sólo se veían afectadas cuando cambiaban el tipo de luz que incidía sobre las placas. La luz de longitud de onda corta (luz azul) con frecuencias más altas liberaba más partículas y más rápidamente, lo que demostraba que la energía de la luz era la responsable de la emisión de electrones, ya que la energía está relacionada conlafrecuencia de la luz.

Fueron Albert Einstein y Max Planck quienes, basándose en estos experimentos, hicieron otras aportaciones sustanciales a nuestros conocimientos.

La contribución de Albert Einstein

El conocido físico teórico de origen alemán Albert Einstein, tras observar algunos experimentos sobre la emisión de partículas, pudo completar la teoría con algunas ideas nuevas. La principal era que era la luz que colisionaba con los electrones la que les daba energía. Sin embargo, la propia luz que colisiona con los electrones necesita cierta cantidad de energía para liberar una partícula cargada.

Según Einstein, la luz está formada por pequeñas partículas, que él llamó partícula de luz, pero que ahora se conocen como fotones. Estos fotones son los que dan energía a las partículas liberadas. Se descubrió que la energía de los fotones es igual a la frecuencia de la luz multiplicada por una constante.

Einstein llamó "cuantos" a las pequeñas partículas de las que se compone la luz. En física, el término cuantificar significa dividir un valor en pequeños fragmentos de valores fijos.

La aportación de Max Planck

Mientras que Einstein aportó la idea de que la luz está compuesta por pequeñas partículas, el físico alemán Max Planck propuso que la radiación electromagnética está formada por pequeños trozos de energía. Estos trozos se denominaron "energía cuantificada", del latín quantus, que significa "cantidad".