Teoría de Maxwell

1. FENOMENO FOTOELECTRICO POR LA
TEORIA DE MAXWELL

2. HISTORIA DEL EFECTO
FOTOELECTRICO
La electricidad
finales del siglo XIX
y principios del XX.
el magnetismo
Ley de Gauss, establece que para
cualquier superficie cerrada el
flujo total aumenta o disminuye
según a carga eléctrica neta
encerrada en su interior.
físico danés Hans Christian
Oersted demostró que las
cargas en movimiento, una
corriente eléctrica,
producen un campo
magnético capaz de
interactuar con los imanes.
Ley de Faraday nos dice
que cuando varia el
campo magnético este
produce un campo
eléctrico (fuerza
electromotriz)
produciendo corriente
eléctrica inducida.
ley de Ampère, Demostró
que la fuerza magnética
era aparentemente
circular, produciendo un
efecto de cilindro
magnético alrededor del
alambre

3. En 1865, James Clerk Maxwell
desarrolló la teoría electromagnética
a través de experimentos y
observaciones sobre la electricidad,
magnetismo y la luz.
íntima conexión entre los campos
eléctrico y magnético, al señalar: un
campo eléctrico variable origina un
campo magnético.
Estas ondas electromagnéticas
viajaban a la misma velocidad de la
luz, con lo que se comprobó que la
luz era una onda electromagnética
Logró resumir todo la teoría de la
electricidad y magnetismo en 4
ecuaciones basadas en las leyes de
Coulomb, Ampère, Faraday, Gauss,
entre otros.
demostró que las ecuaciones del campo
electromagnético podían combinarse para
dar lugar a una ecuación de onda y propuso
la existencia de las ondas electromagnéticas

4. Teoría de
Maxwell
(ecuaciones)
Ley de
Gauss
Ley de
Faraday
Ley de
ampere

5. 1. Ley de Gauss de la electricidad, relaciona el
campo eléctrico con las cargas eléctricas.
2. ley de Gauss del magnetismo, relacionada con el
campo magnético, permite llegar a la conclusión de
que no existen polos magnéticos aislados.
3.ley de Ampere, plantea que a un campo magnético
fluctuante le es inherente un campo eléctrico.
4.ley de Faraday, plantea que a un campo eléctrico
fluctuante (o a una corriente eléctrica) le es
inherente un campo magnético

6. Experimento del físico alemán
Heinrich Hertz
corrobora experimentalmente la
existencia de las ondas electromagnéticas.

8. Observo que la chispa entre dos
esferas de metal se volvía más
brillante, se incrementaba la
descarga eléctrica, cuando una de
ellas se hallaba iluminada con luz
ultravioleta
así descubrió el
efecto
fotoeléctrico
Posteriormente
Philipp Lenard,
ayudante de Hertz,
llevó a cabo un
estudio experimental
sistemático del efecto
fotoeléctrico
Buscaron una
explicación a este
fenómeno por la
teoria de maxwell
Sin embargo no se
logro explicar

9. DEBIDO A QUE EXISTIAN:
tres hechos empíricos asociados al
efecto fotoeléctrico que no tenían una
explicación teórica satisfactoria en el
marco de la concepción ondulatoria de
la luz

10. 1)La existencia de una frecuencia umbral de la luz incidente, por debajo de la cual no se observa la
emisión de fotoelectrones, cualquiera que sea la intensidad de la luz y el tiempo. Superado ese umbral, los
electrones se emiten con independencia de lo débil que sea el haz luminoso.
Esto contradice la teoría
electromagnética, según la
cual la densidad de energía
de una onda luminosa es
proporcional a su
intensidad

11. 2) La energía de los fotoelectrones aumenta con la frecuencia de la luz incidente.
TAMBIEN resulta
incompatible con la
electrodinámica de Maxwell,
donde la densidad de energía
de una onda luminosa no
tiene relación alguna con su
frecuencia.

12. 3) La ausencia de tiempo de retardo en la emisión de fotoelectrones, con
independencia del valor de la intensidad de la luz incidente.
Según la teoría
electromagnética debía
existir un tiempo de retardo
inversamente proporcional a
la intensidad de la onda
incidente.

13. • Por lo que surge la hipótesis cuántica del físico alemán Max Planck en donde
postuló que la energía electromagnética se absorbía o emitía en paquetes discretos o
cuantos y donde su cantidad de energía era proporcional a la frecuencia de la
radiaciónal donde incide el haz de luz.
• La intensidad de un haz de luz depende de la cantidad de fotones presentes,
mientras que la energía de cada uno de esos fotones tiene relación con la frecuencia.
Explicación del fenómeno fotoeléctrico

14. EL paquete de energía o quantums
• La energía de la luz no se distribuye de forma uniforme sobre el frente de
onda clásico, sino que se concentra en regiones discretas denominados
cuantos, cada uno con una energía específica hf y la energía de este se
transfiere totalmente a un electrón en el metal donde incide el haz de luz.

15. Naturaleza dual de la luz

16. • James Clerk Maxwell, quien explica notablemente que los fenómenos eléctricos están
relacionados con los fenómenos magnéticos. Al respecto, señala que cada variación en el
campo eléctrico origina un cambio en la proximidad del campo magnético e,
inversamente. Por lo tanto, la luz es una onda electromagnética trasversal que se propaga
perpendicular entre sí.
• Sin embargo esta teoría deja sin explicación fenómenos relacionados con el
comportamiento de la luz en cuanto a la absorción y la emisión: el efecto fotoeléctrico
y la emisión de luz por cuerpos incandescentes. Lo anterior da pie a la aparición de
nuevas explicaciones sobre la naturaleza de la luz.

17. • Max Planck establece que los intercambios de energía entre la materia y la
luz solo son posibles por cantidades finitas o cuántos de luz, que
posteriormente se denominan fotones.
• La teoría tropieza con el inconveniente de no poder explicar los fenómenos
de tipo ondulatorio, como son las interferencias, las difracciones, entre otros.
Nos encontramos nuevamente con dos hipótesis contradictorias, la teoría de
los cuantos y la electromagnética.

18. El experimento de la
doble rendija

21. Física clásica (<1900) En 1905
Teoría cuántica de PlanckPremio Nobel en 1921

22. Es un fenómeno en el que los
electrones son expulsados desde
la superficie de ciertos metales
que se han expuesto a la luz de al
menos determinada frecuencia
adecuada.

23. La teoría de la onda de luz no podía
explicar el efecto fotoeléctrico por su
conocido comportamiento como
onda.
La luz está compuesta por
pequeñas partículas (de
nuevo la teoría
newtoniana) de diferente
energía de acuerdo con el
color (o frecuencia) de la
radiación

24. Tomando como punto de partida la
teoría cuántica de Planck, Einstein dedujo
que cada una de estas particulas de luz, que
ahora se conocen como fotones, debe
poseer una energía E.

25. Energía
del fotón
Energía
del umbral
Energía
Cinética

26. W: es la energía mínima que el electrón necesita para escapar de la
superficie del metal. Se denomina trabajo de extracción y su valor es
característico de cada metal.
KE: Es la energía que absorbe el electrón menos el trabajo

27. •Si la energía del fotón
E=h∙f<W=h∙f0 (f<f0) el
electrón no escapa, no se
produce efecto fotoeléctrico.
Si la energía del fotón
E=h∙f=W=h∙f0 (f=f0)
estamos en la frecuencia
umbral, frecuencia mínima
para arrancar al electrón del
metal.
Si la energía del fotón
E=h∙f>W=h∙f0 (f>f0) el electrón
escapa del metal con una
determinada velocidad, con una
energía cinética determinada Ec

28. Explicación de Einstein del efecto fotoeléctrico

29. No aceptó la interpretación de Einstein porque la
vió como un ataque a la admitida teoría
ondulatoria de la luz. Por esa razón en 1906
comenzó un proyecto de investigación
encaminado a demostrar la falsedad de la teoría
de Einstein, midiendo el valor de la constante de
Plank que se obtenía de la fórmula de Einstein
para el efecto fotoeléctrico.

30. Modelo Atómico de Joseph John
Thomson
J.J. Thomson
Científico británico que
descubrió la primera
partícula subatómica, el
electrón.
Descubrió
Partículas cargadas
negativamente mediante un
experimento de tubo de
rayos catódicos
fue un
Electrón

31. Este modelo
consistía en una
esfera de materia
no uniforme
cargada
positivamente
Tubo catódico
Realizó una serie de tres experimentos
con tubos de rayos catódicos
En su tercera prueba Thomson llegó a
conclusiones avanzadas, llamando
“corpúsculos” a las partículas que
procedían del interior de los átomos de los
electrodos, formando los rayos catódicos.
Donde se
encontraban
insertadas las
partículas negativas
“Budín de pasas”

32. Llegó así a imaginar que los átomos se
componían de estas partículas bautizadas
como corpúsculos dentro de un lago
lleno de cargas positivas
En este modelo,
Thompson aún llamaba
a los electrones
corpúsculos y
consideraba que estaban
dispuesto en forma no
aleatoria
Sin embargo, la parte
positiva permanecía en
forma indefinida.
En anillos
giratorios

33. Experimento de Rutherford, ayudado
por Geiger y Marsden
Geiger
Su trabajo consistía en lanzar estas partículas
contra una fina capa de metal, los metales pueden
conseguirse en finas hojas denominadas panes.
Eligieron trabajar con pan de oro de unas pocas
diezmilésimas de centímetros de espesor
Estudiantes
Marsden
Rutherford
Estaban trabajando con unas partículas
clasificadas por su profesor que eran
emitidas por determinados elementos,
las partículas alfa de Helio.
Fue rápidamente
descartado en
1909 al realizar un
experimento con
una de la lámina
de oro.
De

34. Si el modelo de la tarta de pasas era
correcto las partículas alfa tendrían
que atravesar la muestra sin apenas
desviación.
No se esperan
desviaciones dramáticas.
Así que decidieron poner una lámina de
pan de oro, lanzarle partículas alfa y ver
que sucedía.
Para observar el lugar de
choque de la partícula
colocaron
Detrás y a los lados de la
lámina metálica, una
pantalla fosforescente.

35. Observemos que hay
partículas que literalmente
rebotan contra el pan de
oro y sufren desviaciones
de 90º o más.
. Esto va en contra del
modelo de Thomson del
Budín de pasas:

37. Estas conclusiones
llevaron a Rutherford
a proponer el modelo
atómico
Conclusiones
En el cual un átomo
consiste de un pequeño
núcleo positivamente
cargado, rodeado por
electrones cargados
negativamente.
La carga positiva debe
estar localizada en un
volumen muy pequeño
del átomo, que también
debe contener la
mayoría de la masa del
mismo.
Ya que la mayoría de las
partículas alpha atravesaban la
lámina de oro sin ser
perturbadas, el átomo debía
estar conformado en su
mayoría por espacio vacío
Esto explicaba cómo una
pequeña fracción de partículas
alpha eran desviadas de manera
drástica, presumiblemente a
causa de las colisiones
esporádicas con los núcleos del
oro.

38. Inconsistencia del modelo de Thomson
El modelo atómico de Thomson no pudo explicar cómo se
mantiene la carga en los electrones dentro del átomo.
Tampoco pudo explicar la estabilidad de un átomo.
Los protones y los neutrones aún no eran descubiertos y
Thomson se basó principalmente en crear una explicación
con los elementos científicamente probados en la época.
La teoría no mencionó nada sobre el núcleo del átomo y fue
rápidamente descartado por los experimentos de la lámina
de oro.

39. Inconsistencia del modelo Planetario
Contradecía la teoría electromagnética de Maxwell
El modelo de Rutherford no contempla la
radiación electromagnética.
Rutherford no explica espectros atómicos.
Según esta teoría una carga
eléctrica acelerada debería de
emitir ondas electromagnéticas.
Dicha emisión provocaría una
pérdida de energía que haría que
el electrón describiera órbitas de
radio decreciente hasta caer sobre
el núcleo.
Un electrón al girar en círculos
alrededor del núcleo debería
emitir, por tanto, ondas
electromagnéticas.