¿Cuándo aparece esto en el examen? Te dan la longitud de onda o la frecuencia de la luz incidente y el material del cátodo, y piden si se produce efecto fotoeléctrico, la frecuencia umbral o la función de trabajo $W$.

El modelo corpuscular de la luz

El efecto fotoeléctrico demuestra que la luz se comporta como partículas — los fotones — cada uno con energía:

$E_{fotón} = hf = \frac{hc}{\lambda}$

donde $h = 6{,}63\cdot10^{-34}$ J·s es la constante de Planck. Un fotón más energético tiene mayor frecuencia (menor longitud de onda), no mayor amplitud.

Función de trabajo y frecuencia umbral

Para arrancar un electrón de la superficie de un metal hay que superar la función de trabajo $W$ — la energía mínima que retiene el electrón al metal. La frecuencia mínima de luz capaz de producir efecto fotoeléctrico es la frecuencia umbral $f_0$:

$W = hf_0 \implies f_0 = \frac{W}{h}$

La longitud de onda umbral correspondiente es $\lambda_0 = c/f_0 = hc/W$.

Si $f < f_0$ (equivalentemente $\lambda > \lambda_0$), no se produce efecto fotoeléctrico por muy intensa que sea la luz. Este resultado es imposible de explicar con la óptica ondulatoria clásica.

Qué no afecta al umbral

La intensidad de la luz determina cuántos fotones llegan por unidad de tiempo, pero no la energía de cada fotón. Aumentar la intensidad de luz con $f < f_0$ nunca produce efecto fotoeléctrico — ningún fotón tiene energía suficiente para arrancar un electrón. Aumentar la frecuencia por encima de $f_0$ sí lo produce, incluso con luz muy tenue.

Errores frecuentes

Pensar que aumentar la intensidad puede producir efecto fotoeléctrico si $f < f_0$. La energía por fotón depende solo de la frecuencia. Más intensidad significa más fotones, pero ninguno supera la barrera energética $W$.

Confundir $f_0$ con $f$. $f_0$ es una propiedad fija del material (umbral). La frecuencia incidente $f$ es la variable del experimento. El efecto ocurre si y solo si $f \geq f_0$.