L’effetto fotoelettrico

L’effetto fotoelettrico

L’effetto fotoelettrico è il fenomeno di un metallo che quando viene investito da radiazioni elettromagnetiche della giusta lunghezza d’onda, alcuni elettroni fuoriescono da esso.

Questo fenomeno venne scoperto dal fisico tedesco Heinrich Rudolf Hertz nel 1887. Osservò che quando un’onda elettromagnetica brillava su due elettrodi metallici la tensione della scintilla cambiava a seconda della luce. Hertz dimostrò che la luce poteva liberare particelle cariche elettricamente, che in effetti erano gli stessi elettroni scoperti da Thomson (In questo video puoi vedere un esperimento).

E’ stato comunque Alber Einstein a spiegare l’effetto fotoelettrico. Le radiazioni elettromagnetiche venivano interpretate come delle onde ma questa visione non permetteva di spiegare in fisica perché la luce a contatto con la materia emettesse la fuoriuscita degli elettroni.

Le radiazioni elettromagnetiche sono costituite da particelle, a cui venne dato nome di fotoni, che si muovono alla stessa velocità dell’onda. Questi non hanno tutti la stessa energia, chiamata quanto, ma essa dipende dalla loro frequenza e si ricava moltiplicandola per la costante di Planck che vale 6,6 ∙ 10-34 J ∙ s, in base alla formula:

E = h ∙ f oppure E = h ∙ c/ λ

Da questa relazione emerge anche che l’energia di un fotone è direttamente proporzionale alla frequenza delle radiazioni e inversamente proporzionale alla lunghezza d’onda (λ). Questo significa che raddoppiando la frequenza raddoppia anche il quanto mentre triplicando la lunghezza d’onda, l’energia è tre volte meno potente. Infine, il fotone deve avere una frequenza maggiore di un certo livello (detta frequenza di soglia) per riuscire a liberare l’elettrone.

Gli studi sull’effetto fotoelettrico furono la base della teoria quantistica proposta dal fisico tedesco M. Planck nel 1900. Planck aveva infatti concluso che l’energia delle radiazioni doveva avere una struttura discontinua, non era uguale per ogni tipo di radiazione ma era proporzionale alla sua frequenza. Anche l’energia che gli atomi e le particelle subatomiche assorbono e cedono sono discontinui, cioè sono definite ma variano da atomo ad atomo e da particella a particella e perciò sono detti quanti.