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Antecedentes y explicación del E. F. según la mecánica clásica.

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Maxwell, entre 1864 y 1873, resumió en cuatro fórmulas matemáticas toda la electricidad y el magnetismo -todas las leyes que lo explican quedaban reducidas a cuatro relaciones matemáticas-. Y señaló que el campo electromagnético era una onda que viajaba a la misma velocidad de la luz (velocidad que dedujo de magnitudes eléctricas y magnéticas ).

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La conclusión de que la luz era un fenómeno electromagnético indujo a los experimentadores a buscar el efecto de la luz sobre los fenómenos eléctricos.

En 1887, Hertz, y más tarde Hallwachs, realizaron el siguiente experimento. Colocaron una placa de cinc en un electroscopio al que iluminaban con la luz procedente de la chispa que saltaba en un arco voltaico y observaron lo siguiente:

Aplicando la teoría de la mecánica clásica sobre las ondas luminosas estos hechos no tienen explicación.

Una posible explicación-resumen en aquel momento (finales del siglo XIX, conociendo ya la existencia de los electrones- 1899 J.J. Thomson-) sería:

La explicación según la teoría de la mecánica clásica sería: La energía de una onda está repartida sobre el frente de onda y es proporcional al cuadrado de la amplitud y a la frecuencia.

dE=½ dm V2 =½ ·4p r2v·dt· w2A2=½ ·4p r2v·dt· (2p n )2· A2

La intensidad I=E /(t·área) también mantiene la misma proporcionalidad.

La luz incidente aporta una cantidad de energía sobre la superficiede de la placa tanto mayor cuanto más potente sea el foco o mayor el número de focos, pero aunque esta energía aumente mucho, si no es de la calidad adecuada (frecuencia adecuada), no es capaz de arrancar electrones.

Además el cristal interpuesto no evita que llegue una gran cantidad de energía, ya que sólo retiene alguna (el cristal no se calienta hasta fundirse, como sucedería si absorbiera toda). A más tiempo de exposición a la radiación más energía incidente sobre la placa y al final se produciría la extracción repentina de todos los electrones. Pero esto no sucede.

La T. Clásica no encuentra explicación y lo más que puede decir es que la extracción no depende "sólo" de la intensidad (I) de la luz incidente.

Si el campo eléctrico -E- de la onda electro-magnética (E equivale a amplitud) fuera responsable de la extracción, tendríamos que pensar que al incrementar la intensidad de la radiación la energía cinética de los electrones extraídos también se incrementaría ( I µ |E|2 ). Como no es así , hay que buscar otra teoría que explique el fenómeno.

En 1902, Lenard realizó una experiencia similar a la realizada por Thomson y observó que hay un potencial de corte de emisión que es independiente de la intensidad de la luz que incide. Duplicando la intensidad, solo se duplica el número de electrones extraídos, pero no su energía.

Einstein rompe con la mecánica clásica y en 1905 explica que la luz privada de las radiaciones de mayor frecuencia (las más energéticas) al ser absorbidas por el cristal interpuesto (ver el primer ejemplo) no es capaz de arrancar los electrones. No es tan importante la cantidad de energía que llega a la superficie del metal, como la calidad de esa energía.

¡Es necesario que lleguen unos "fotones" muy energéticos !

Nota curiosa.- Hertz realiza la producción y detección de las ondas electromagnética (ondas herzianas) y demuestra que se propagan a la velocidad de la luz, confirmando así que la luz es una onda electromagnética (teoría ondulatoria). Pero al mismo tiempo con el experimento expuesto más arriba, pone las bases para demostrar que la luz también está formada por partículas (fotones). En esto se funda la teoría corpuscular.