Pregrado
  1. Mecánica clásica  1.1. dinámica  1.1.1. Movimiento en una dimensión  1.1.2. Movimiento en dos dimensiones  1.1.3. projectile motion  1.1.4. Velocidad relativa  1.1.5. Movimiento circular uniforme  1.1.6. Movimiento circular no uniforme  1.1.7. Sistemas de referencia y transformaciones  1.2. Newton's Laws of Motion  1.2.1. Primera ley del movimiento  1.2.2. Segunda ley del movimiento  1.2.3. Tercera Ley del Movimiento  1.2.4. Aplicaciones de las leyes de Newton  1.2.5. Fricción y sus tipos  1.2.6. Diagrama de Cuerpo Libre  1.2.7. Restricciones y pseudo-fuerzas  1.3. Trabajo y energía  1.3.1. Trabajo realizado por la fuerza  1.3.2. Teorema trabajo-energía  1.3.3. Energía cinética  1.3.4. Energía potencial en la mecánica clásica  1.3.5. Fuerzas conservativas y no conservativas  1.3.6. Conservación de la Energía  1.3.7. Poder y eficiencia  1.4. Velocidad y colisiones  1.4.1. Momento lineal  1.4.2. Conservación del momento  1.4.3. Impulso y fuerza de impacto  1.4.4. Colisión elástica e inelástica  1.4.5. Centro de masa y velocidad  1.4.6. Propulsión de Cohetes  1.5. Movimiento rotacional  1.5.1. Torque y Momento Angular  1.5.2. Momento de inercia  1.5.3. Cinemática Rotacional  1.5.4. Energía Rotacional  1.5.5. Movimiento de rodadura  1.5.6. Precesión y movimiento giroscópico  1.6. Fuerza gravitacional  1.6.1. La ley de la gravitación universal de Newton  1.6.2. Energía potencial gravitatoria  1.6.3. Mecánica orbital  1.6.4. Leyes del movimiento planetario de Kepler  1.6.5. Campo y potencial gravitatorio  1.7. Mecánica de fluidos  1.7.1. Presión y el Principio de Pascal  1.7.2. Flotabilidad y el principio de Arquímedes  1.7.3. Dinámica de Fluidos y el Principio de Bernoulli  1.7.4. Viscosidad y la ley de Poiseuille  1.7.5. Tensión superficial y capilaridad  1.8. Oscilaciones y ondas  1.8.1. Movimiento Armónico Simple  1.8.2. Oscilaciones amortiguadas y forzadas  1.8.3. Oscilaciones acopladas y modos comunes  1.8.4. Propiedades y tipos de ondas  1.8.5. Ondas Sonoras y el Efecto Doppler  1.8.6. Interferencia de ondas y superposición
  2. Electromagnetismo  2.1. Electrostática  2.1.1. Carga eléctrica y propiedades  2.1.2. Ley de Coulomb  2.1.3. Electric field and electric potential  2.1.4. La Ley de Gauss  2.1.5. Capacitancia y Dieléctrico  2.1.6. Dipolo eléctrico y energía potencial  2.2. Circuitos eléctricos  2.2.1. Corriente y Resistencia  2.2.2. Ley de Ohm  2.2.3. Leyes de Kirchhoff  2.2.4. Circuito RC  2.2.5. Circuitos de CA y Reactancia  2.2.6. Electricidad y energía eléctrica  2.3. Magnetismo  2.3.1. Campos y Fuerzas Magnéticas  2.3.2. La Ley de Ampere  2.3.3. Momento dipolar magnético  2.3.4. Ley de Biot-Savart  2.3.5. Materiales Magnéticos y Histeresis  2.4. Inducción electromagnética  2.4.1. Ley de Faraday  2.4.2. La ley de Lenz  2.4.3. Autoinducción y mutua inducción  2.4.4. Transformadores y Circuitos Inductivos  2.5. Ecuaciones de Maxwell  2.5.1. La ley de Gauss para la electricidad  2.5.2. Ley de Gauss para el magnetismo  2.5.3. La ley de inducción de Faraday  2.5.4. Ley de Ampere-Maxwell  2.5.5. Ondas electromagnéticas
  3. Termodinámica  3.1. Leyes de la Termodinámica  3.1.1. Ley cero de la termodinámica  3.1.2. Primera ley de la termodinámica  3.1.3. Segunda Ley  3.1.4. Tercera Ley  3.2. Calor y trabajo  3.2.1. Transferencia de calor (conducción, convección, radiación)  3.2.2. Expansión térmica  3.2.3. Motores térmicos y refrigeradores  3.2.4. Ciclo de Carnot y eficiencia  3.3. Mecánica estadística  3.3.1. Distribución de Maxwell–Boltzmann  3.3.2. Entropía y Probabilidad  3.3.3. Función de partición  3.3.4. Estadísticas de Fermi–Dirac y Bose–Einstein
  4. Óptica  4.1. Óptica Geométrica  4.1.1. Reflexión y refracción  4.1.2. Espejos y lentes  4.1.3. Instrumentos Ópticos  4.1.4. El principio de Fermat  4.2. Óptica de ondas  4.2.1. Interferencia en la óptica de ondas  4.2.2. Difracción  4.2.3. Polarización  4.2.4. Coherencia y holografía
  5. Mecánica cuántica  5.1. Dualidad onda-partícula  5.1.1. Radiación de cuerpo negro en la dualidad onda-partícula en la mecánica cuántica  5.1.2. Efecto fotoeléctrico  5.1.3. Dispersión Compton  5.1.4. Longitud de onda de De Broglie  5.2. Ecuación de Schrödinger  5.2.1. Ecuación de Schrödinger independiente del tiempo  5.2.2. Partícula en una caja  5.2.3. Efecto túnel cuántico  5.2.4. Pozos de potencial y obstáculos  5.3. Estados Cuánticos  5.3.1. Función de onda  5.3.2. Operadores cuánticos  5.3.3. Principio de incertidumbre de Heisenberg  5.3.4. Momento angular y espín
  6. Relatividad  6.1. Relatividad especial  6.1.1. Transformaciones de Lorentz  6.1.2. Expansión del tiempo y contracción de la longitud  6.1.3. Energía y momento relativista  6.2. Relatividad general  6.2.1. Principio de Equivalencia  6.2.2. Métrica de Schwarzschild  6.2.3. Ondas gravitacionales  6.2.4. Agujeros negros y horizontes de eventos
  7. Física del estado sólido  7.1. Estructura cristalina  7.1.1. Redes de Bravais  7.1.2. Difracción de rayos X  7.1.3. Teoría de bandas  7.1.4. Fonones y vibraciones de red  7.2. Propiedades Eléctricas y Magnéticas  7.2.1. Conductores, Semiconductores e Aislantes  7.2.2. Superconductividad  7.2.3. Efecto Hall
  8. Física nuclear y de partículas  8.1. Estructura Atómica  8.1.1. Modelo Atómico  8.1.2. Energía de enlace nuclear  8.2. Radiactividad  8.2.1. Desintegración alfa, beta, gamma  8.2.2. Vida media  8.2.3. Fisión y Fusión Nuclear  8.3. Física de partículas  8.3.1. Modelo Estándar  8.3.2. Quarks y Leptones  8.3.3. antimateria  8.3.4. Interacciones fundamentales
  9. Astrofísica y cosmología  9.1. Evolución estelar  9.1.1. Formación estelar  9.1.2. Agujeros negros y estrellas de neutrones  9.1.3. Enanas blancas y supernovas  9.2. Cosmología  9.2.1. La Teoría del Big Bang  9.2.2. Materia oscura y energía oscura  9.2.3. Fondo cósmico de microondas

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Efecto fotoeléctrico


El efecto fotoeléctrico es un fenómeno en el que se emiten electrones de una sustancia cuando se expone a la luz. La física clásica tenía dificultad para explicar este efecto, pero se convirtió en una pieza importante de evidencia para el desarrollo de la mecánica cuántica. Jugó un papel clave en nuestra comprensión de la dualidad onda-partícula de la luz, demostrando que la luz exhibe propiedades tanto de onda como de partícula.

Comprendiendo los fundamentos del efecto fotoeléctrico

Cuando la luz incide sobre la superficie de un metal, puede transferir energía a los electrones presentes en el metal. Si la energía transferida es suficiente, puede expulsar electrones de la superficie. Este proceso se denomina efecto fotoeléctrico. Los electrones emitidos se conocen como fotoelectrones.

Clásicamente, la luz se consideraba una onda, lo que llevó a algunas observaciones desconcertantes sobre el efecto fotoeléctrico. Por ejemplo, la teoría ondulatoria clásica predecía que la energía de los electrones emitidos aumentaría con la intensidad (amplitud) de la luz, independientemente de la frecuencia (color) de la luz. Sin embargo, los experimentos mostraron resultados opuestos.

Observaciones experimentales

Las observaciones importantes hechas en los experimentos sobre el efecto fotoeléctrico son las siguientes:

  1. Tan pronto como la luz incide sobre el metal, los fotoelectrones se emiten de inmediato, sin ningún retraso.
  2. La energía cinética del fotoelectrón depende de la frecuencia de la luz incidente, no de su intensidad. Por debajo de cierta frecuencia (llamada frecuencia umbral), no se emiten electrones, independientemente de la intensidad de la luz.
  3. Por encima de la frecuencia umbral, el número de electrones emitidos es proporcional a la intensidad de la luz, pero su energía aumenta con la frecuencia de la luz.

Estas observaciones eran inconsistentes con la teoría ondulatoria de la luz, llevando a una explicación revolucionaria.

La explicación de Einstein usando fotones

Albert Einstein explicó el efecto fotoeléctrico proponiendo que la luz consiste en partículas llamadas fotones. Cada fotón tiene energía cuantizada dada por la siguiente fórmula:

E = hν

donde E es la energía del fotón, h es la constante de Planck, y ν (nu) es la frecuencia de la luz.

Según Einstein, un electrón puede absorber energía de un fotón. Si la energía absorbida es mayor que la función de trabajo (φ) del metal (la energía mínima requerida para remover el electrón de la superficie), el electrón se eyecta con energía cinética:

KE = hν - φ

Esta explicación coincidió completamente con los datos experimentales y fue un paso importante hacia el desarrollo de la mecánica cuántica.

Dualidad onda-partícula

El efecto fotoeléctrico muestra la doble naturaleza de la luz. A continuación se presenta un diagrama simple que ayuda a entender este concepto:

como onda como partícula La luz se comporta como ondas y partículas

A la izquierda, la luz se muestra como una onda, lo que ilustra cómo puede exhibir interferencia y difracción. A la derecha, la luz se muestra como una partícula, lo cual es esencial para entender el efecto fotoeléctrico. Esta dualidad es un pilar de la mecánica cuántica.

Efectos y aplicaciones

La comprensión del efecto fotoeléctrico ha influido en muchas áreas de la física y la tecnología. Algunas de sus principales aplicaciones son las siguientes:

  • Células fotovoltaicas: Dispositivos que convierten la luz en electricidad utilizando el efecto fotoeléctrico. Los paneles solares son un ejemplo común.
  • Espectroscopía fotoelectrónica: Una técnica para analizar las propiedades de la superficie de los materiales midiendo la energía de los electrones emitidos.
  • Desarrollo de la teoría cuántica: El efecto fotoeléctrico jugó un papel vital en el desarrollo de la mecánica cuántica y por esto Einstein recibió el Premio Nobel de Física en 1921.

Conclusión

El efecto fotoeléctrico no solo es un fenómeno fascinante en sí mismo, sino también una pieza clave en el rompecabezas de entender la naturaleza de la luz y la materia. Desafía nuestra intuición clásica y nos introduce en el extraño pero hermoso reino de la mecánica cuántica.

A través de una idea simple pero poderosa, vincula nuestra comprensión de la luz, desde ondas hasta partículas, y abre el camino para numerosos avances tecnológicos y el marco teórico de la física moderna.

A medida que continuamos explorando el mundo cuántico, las ideas obtenidas de fenómenos como el efecto fotoeléctrico inspiran una comprensión más profunda de la estructura compleja e interconectada del universo.


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