Los físicos descubrieron que los fenómenos subatómicos no obedecían a la física
clásica, razón por la que fue necesario desarrollar una nueva física capaz de explicar
fenómenos que en ocasiones parecían absurdos. Esta es llamada mecánica cuántica, y
es la rama de la Física que estudia la materia a escalas muy pequeñas: a nivel
molecular, atómico y aún menor. De no ser por su descubrimiento no se hubiese
podido descubrir la electrónica (desde ordenadores a móviles), ni los láseres, ni los
nuevos materiales ( vitrocerámicas...).
El atomismo es una concepción filosófica nacida en la antigua Grecia según la cual la
realidad se reduce a átomos en movimiento. Fue necesario esperar hasta finales XIX
para tener evidencias de la existencia de los átomos.
El inicio por Max Planck:
El estudio de la radiación, o forma de energía que puede propagarse por el espacio sin
medio material alguno y que se presenta bajo distintos aspectos -ondas
electromagnéticas, rayos infrarrojos, luz visible, rayos ultravioleta, rayos X, rayos
gamma-, llevó a la postulación de una serie de hipótesis y leyes basadas en la física
clásica. Tales interpretaciones partieron del estudio de la radiación en un cuerpo
negro que, al absorber toda radiación incidente sin reflejar ninguna y emitir, pues, el
máximo de energía, se podía considerar como radiador ideal. Fue Planck el primero
en pensar que la clave del problema podía estribar en la discontinuidad de la energía
radiante.
Números cuánticos
Aplicación de la hipótesis de Planck al modelo atómico establecido con anterioridad
por Niels Bohr permitió explicar que la emisión de la energía radiante por un electrón
se debe al salto de éste de una órbita a otra puesto que cada una de ellas queda
determinada por un nivel energético, y que sólo eran posibles aquellas órbitas en las
cuales el momento cinético del electrón era un múltiplo entero de un número h
denominado cuántico principal, relacionado a su vez con la constante de Planck h.
Teoría del quantum de acción de Planck
Según la hipótesis planteada por Planck, la emisión de energía radiante de frecuencia
f no tiene lugar de forma continua, sino que se verifica por múltiplos enteros de una
cantidad, el quantum o cuanto, cuyo valor es h, donde h es la constante universal de
Planck . La teoría de Planck de que la energía radiante es discontinua como la materia
, no sólo estaba en contradicción con las ideas admitidas hasta entonces, sino también
con la naturaleza ondulatoria de esa energía que había sido comprobada en múltiples
estudios experimentales. Al estudiar Einstein el fenómeno mediante la hipótesis de
Planck, llegó más lejos que el postulador de la teoría, al admitir que la energía
luminosa emitida en forma de cuantos conserva esa forma discontinua durante su
propagación y se absorbe de la misma manera. Según esta interpretación, la energía
luminosa de frecuencia era transportada por corpúsculos de energía h, a los que
Einstein llamó cuantos de luz y que posteriormente se denominarían fotones.
Como la energía h de un fotón incidente se emplea en parte con la finalidad de
realizar el trabajo de arrancar un electrón y en parte a fin de proporcionarle energía
cinética, para que un fotón pueda arrancar un electrón es preciso que su energía h sea
mayor que el trabajo que hay que cumplir. Así pues, si un fotón no dispone de
energía suficiente no es posible sumar la energía de otro fotón para conseguir el
desprendimiento de un electrón. De todo ello se deduce que lo decisivo para el
proceso de arranque no es la energía total de los rayos que inciden sobre el metal, sino
la frecuencia de los mismos, que es la que determina la energía individual de cada
fotón. Según este modelo físico, aunque un haz de rayos pertenecientes al intervalo
rojo del espectro visible tenga mucha energía en conjunto, es decir, muchos fotones,
la energía de cada fotón es pequeña porque la luz roja, de elevada longitud de onda,
es, por consiguiente, de baja frecuencia y el valor de h pequeño.
Albert Einstein y el efecto fotoeléctrico:
En 1905, Einstein estudió el efecto fotoeléctrico. El efecto fotoeléctrico consiste en la
emisión de electrones por parte de ciertos metales o semiconductores por efecto de la
luz. Einstein recibió, en 1921, el premio Nóbel de física por su trabajo sobre el efecto
fotoeléctrico. Después de esta breve introducción, vamos a hablar más
detalladamente sobre el efecto fotoeléctrico.
El efecto fotoeléctrico consiste en la formación y liberación de partículas
eléctricamente cargadas que se produce en la materia cuando es irradiada con luz u
otra radiación electromagnética. El término efecto fotoeléctrico designa varios tipos
de interacciones similares. En el efecto fotoeléctrico externo se liberan electrones en la
superficie de un conductor metálico al absorber energía de la luz que incide sobre
