¿Por qué la teoría de ondas no explica el efecto fotoeléctrico?

Según la teoría de las ondas, la luz es una onda electromagnética con componentes eléctricos y magnéticos perpendiculares.
1. Las ondas son portadoras de energía, de acuerdo con esto, si la intensidad de la luz incidente aumenta, la emisión de electrones debería aumentar, pero en realidad la emisión de electrones es independiente de la intensidad.
2. La emisión de fotos no debería depender de la frecuencia de la luz incidente si la luz fuera una onda, pero en realidad la emisión de fotos depende solo de la frecuencia.
3. De acuerdo con la teoría de las olas, debería haber un retraso de tiempo en la luz incidente y la emisión de fotos, ya que la energía demora en extenderse sobre la superficie, pero en realidad no hay un retraso de tiempo entre ellas.

Por lo tanto, la teoría de ondas no pudo explicar el efecto fotoeléctrico.

Einstein explicó en su artículo que la mecánica de las ondas explicaba la onda con funciones espaciales continuas.

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Esto significa que en todas partes del espacio que describe la onda tiene la misma energía. Una onda en el espectro verde visible se describiría en mecánica de olas como que contiene la misma energía distribuida uniformemente a través de la onda en el espacio. Las matemáticas describen la energía de la onda como la misma en todas partes que mides. La frecuencia de la luz verde mide lo mismo si se encuentra en la parte superior del ciclo del campo eléctrico, en la parte inferior del ciclo del campo magnético o en el punto de transición entre los campos eléctrico y magnético. Este es el problema con la mecánica de las olas. La mecánica de las olas predice que cuanta más luz haya, más intensidad, más fuerte será la luz. Esto no es cierto en el efecto fotoeléctrico.

Al distribuir el ciclo en fotones, creas la energía completa de la onda, una desconexión, y luego reanudas la energía completa de la onda. Esto hace que la matemática del trabajo realizado por las ondas sea más fácil de entender. Einstein dijo que era un enfoque heurístico.

En el efecto fotoeléctrico, se sabe que el electrón se expulsa a ciertas frecuencias más altas, pero no a frecuencias más bajas y la intensidad de la luz no tiene ningún efecto. Lo que esto significa es que a frecuencias más bajas, la mayor cantidad de luz que utiliza en el metal no tiene ningún efecto a pesar de que la intensidad aumenta. A frecuencias más altas, puede usar menos luz, menos intensidad y aún así expulsar el fotón. El efecto depende de la frecuencia, no de la intensidad. La mecánica de las olas al ser suave no predice este efecto.

En realidad no explica ninguna de las observaciones.

Para entender por qué, comencemos con las ondas de agua (que serán análogas a las ondas electromagnéticas) y los botes en el agua (estos tipos representarán los electrones)

Además, para simplificar todo, imagine que todos los barcos están alineados paralelos entre sí, alrededor de 100 barcos en una sola línea, y que las olas son ondas planas. Y cuando las olas golpeen los barcos, suponga que toda la energía de las olas es completamente absorbida por todos los barcos en una línea.

Todos estos supuestos mantienen la esencia de la naturaleza de las olas y evitan complicaciones innecesarias.

Entonces, en este experimento, el objetivo es crear ondas planas, hacer que golpeen los botes y lanzar los botes desde la superficie del agua. Ahora estamos interesados ​​en dos cosas importantes.

a) ¿Cuántos barcos se lanzan por segundo?

b) Con qué velocidad se lanzan los botes.

Hay dos características de las olas que podemos controlar.

a) La intensidad de la ola. En términos simples, la altura de la ola

b) La frecuencia de la onda. El número de crestas de onda por segundo.

Vamos a empezar.

Qué sucedería si mantuviera la intensidad (la altura) de la ola constante, pero cambiara la frecuencia. Imagínese, la frecuencia es de 10 ondas por hora. Si las olas tienen suficiente altura, tendrían éxito en lanzar los botes desde la superficie. En este caso, como hemos discutido en el supuesto, se lanzarían 10 líneas de botes por hora. Como cada línea tiene 100 botes, eso equivale a 1000 botes lanzados por hora.
Ahora imagine, duplicamos la frecuencia, es decir, 20 ondas por hora. Pero mantenga la altura igual. El sentido común nos diría que ahora se lanzarían 20 líneas de botes por hora, por lo tanto, se lanzarán 2000 botes por hora.
Así, vemos que el número de botes lanzados por hora es exactamente igual al número de olas que golpean los botes por hora. En segundo lugar, piense en la velocidad de los botes lanzados. La velocidad dependería claramente de la altura. Quiero decir, si las alturas fueran de unos pocos centímetros (como ondas creadas en estanques) no esperarías que se lanzara ningún barco. Por otro lado, si se tratara de un tsunami (como el del planeta Millers, en Interestelar), se esperaría que los barcos lleguen a la órbita. Por lo tanto, en este experimento, dado que mantuve la altura de la ola, exactamente igual, es de esperar, todos los barcos se lanzarán con la misma velocidad. Así podemos hacer la primera ley
1) El no. de embarcaciones por hora depende directamente de la frecuencia de la ola, pero independientemente de la altura (intensidad) de la ola.

De manera similar, ahora imagine mantener la frecuencia igual (digamos 5 ondas por hora), pero cambiando la altura. ¿Qué esperaría que le suceda a la cantidad de barcos que se lanzan por segundo? Si pensabas que no cambiarían, tienes toda la razón. Pero ahora la velocidad a la que se lanzarían las olas se ve afectada. Entonces podemos hacer otra ley más.

2) La velocidad de expulsión de las embarcaciones aumenta con la altura (intensidad) de la ola, y es independiente de la frecuencia de la ola.

De hecho, necesita una altura mínima para que los botes salgan. Si las olas son pequeñas ondas, independientemente de la frecuencia, los barcos no se moverán. Por lo tanto, también podemos agregar un descargo de responsabilidad

Descargo de responsabilidad: si la altura (intensidad) de una ola no está por encima de un cierto valor mínimo, absolutamente ningún barco se lanzaría, independientemente de la frecuencia de la ola.

Finalmente, si ahora relajamos todos los supuestos extraños y asumimos que los botes están dispuestos, no en 2D, sino en 3D, incluso podríamos entender que los botes chocan constantemente entre sí y transfieren energía. Pasaría bastante tiempo antes de que los botes de la ‘superficie’ de la estructura se despegaran. Por lo tanto, encontraríamos algún retraso entre la primera ola que golpea la estructura del bote y el primer bote que se lanza. Cuando tenemos muchos barcos, podemos modelarlos como un montón de átomos. Imagina agua hirviendo. No esperaría que el agua hierva en el instante en que la caliente. La temperatura tarda un tiempo en llegar al punto de ebullición y, finalmente, se forma la primera burbuja. De manera similar, una vez que se produce la ebullición, no se detendría inmediatamente cuando se corta la fuente de calefacción. Tardará unos segundos en enfriarse. Entonces hay un retraso.

El efecto no es instantáneo, hay algún retraso entre la causa y el efecto.

Esta debe haber sido la cadena de pensamientos de los físicos de principios del siglo XX y finales del siglo XIX sobre el efecto fotoeléctrico. Pero muchacho, cuando se realizó el experimento, obtuvimos EXACTAMENTE LOS resultados opuestos.

Encontramos que el número de electrones expulsados ​​por segundo, no depende de la frecuencia, sino de la intensidad y, de manera similar, la velocidad de los fotoelectrones no depende de la intensidad sino de la frecuencia.

¿Te das cuenta de lo extraño que es eso? Esto significa que el descargo de responsabilidad sería una frecuencia mínima necesaria para el efecto fotoeléctrico, independientemente de la intensidad.

Esto significa, siempre que las ondas tengan el mínimo requerido. frecuencia, incluso si son pequeñas ondas en los estanques, pueden lanzar barcos titánicos desde la superficie del agua.
Esto significa, siempre que las olas no tengan el mínimo requerido. frecuencia, incluso las olas de tsunami no harían que los barcos de pesca fueran expulsados ​​de la superficie del agua.

Sin mencionar que el efecto es absolutamente instantáneo y que con baja intensidad, puede obtener 1 electrón por hora. 1 electrón por hora? ¿Cómo? Si las ondas se extienden, ¿por qué solo un electrón? ¿Por qué no muchas al mismo tiempo?

La teoría de la onda falla miserablemente para predecir el resultado, la teoría simplemente predice lo contrario. Este fue un momento crítico en la revolución de la física. Una gran comprensión de que la naturaleza, que, por cierto, habíamos pensado que habíamos domesticado, era mucho más extraña de lo que cualquiera podría haber predicho en sus sueños más salvajes.
Esto llevó a Einsteins a teorizar que tal vez, solo tal vez, se emite luz, no como ondas, sino como partículas, paquetes que pueden ser completamente absorbidos o no, pero nada en el medio.
Una teoría tan salvaje que es imposible encontrar analogías para ella, porque no hay nada en el mundo macroscópico diario que se comporte como estos cuantos de luz.
Espero que ahora entiendan por qué, la teoría ondulatoria de la luz, falla miserablemente al tratar de explicar los resultados del efecto fotoeléctrico.

Gracias por leer.

La teoría clásica de las ondas dice que, a medida que aumenta la intensidad, también lo hace la velocidad de los electrones: poca intensidad provoca poco movimiento, mientras que mucha causa mucho.

Eso no es lo que pasa.

Si tocas plata con, digamos, una frecuencia de 5Hz y una intensidad de 10000W, no pasa nada. Ni siquiera si aumentas la intensidad a millones. En cambio, si aumenta la frecuencia, comienzan a aparecer muy fácilmente.

Esto contradice la teoría clásica de las ondas. Es, entonces, falso: la luz no se comporta como debería hacerlo una onda, lo que significa que es una partícula.

Su energía está determinada por la ecuación de Plank,

E = hf

Donde h es la constante de la tabla yf es la frecuencia.

Ahora, lo que sucede cuando los fotones golpean a los electrones es que los electrones obtienen la energía del fotón en forma de energía cinética. Así,

E = KE

Pero parte de esa energía se pierde al liberar el electrón, porque hay una cierta resistencia W. Por lo tanto,

E = W + KE

hf = W + KE

¿Por qué la intensidad aumenta el número de electrones?

Bueno, intensidad significa la cantidad de fotones. Si hay más fotones, golpean más electrones, pero si los fotones individuales carecen de la energía necesaria para liberar los electrones, ninguna cantidad de intensidad cambiará eso.

1. Según la teoría de la onda de la luz, la energía transportada por un haz de luz se mide en términos de la intensidad del haz de luz porque una mayor intensidad implica una mayor amplitud y, por lo tanto, se dice que el haz lleva una mayor energía. Cuando un rayo de luz incide sobre el metal, la energía transportada por el rayo se distribuirá por igual entre los electrones y estos electrones al aceptar energía, serán expulsados ​​de la superficie del metal. Cuando las ondas de luz de mayor intensidad caen sobre la superficie del metal, se imparte más energía a los electrones. Por lo tanto, aumenta la energía cinética de los electrones emitidos o expulsados.
   Esto fue en contra del hecho de que : La energía cinética máxima del electrón emitido es independiente de la intensidad del haz de luz incidente.
2. De acuerdo con la teoría de la onda de la luz, no importa cuál sea la frecuencia del haz de luz incidente, si el haz tiene suficiente intensidad, entonces, si el haz incide sobre la superficie del metal, podrá emitir electrones desde la superficie del metal durante un período de tiempo suficiente.
   Esto estaba en contra del hecho de que : Una existencia de frecuencia umbral.
3. Según la teoría de la onda de la luz, la energía que posee el haz de luz se distribuye de manera uniforme y uniforme a través de su frente de onda que avanza. Por lo tanto, cuando el haz de luz incide en la superficie del metal, la energía transportada por el haz no es recibida por un solo electrón. En cambio, esta energía se distribuye por igual entre todos los electrones que caen en la parte de la superficie del metal que está iluminada. Por lo tanto, todos los electrones reciben esta cantidad de energía distribuida entre ellos. Por lo tanto, cada electrón recibe solo una cantidad insignificante de energía. Entonces, el electrón debería tomar un tiempo finito para escapar de la superficie del metal.
   Esto fue en contra del hecho de que : La emisión de fotoelectrones ocurre casi al instante o inmediatamente después de que la luz incide sobre la superficie metálica.

http://www.umsl.edu/~physics/fil …

Durante mucho tiempo se creyó que la luz era una onda EM suave. Quiero decir, ¿por qué no? Podemos ver con nuestros ojos que es suave.

Pero requiere una medición más precisa para darse cuenta de que la luz viene en pequeños paquetes de energía.

Los experimentos con luz que genera una corriente eléctrica en un material fotosensible descubrieron que ciertos colores funcionaban mejor que otros dependiendo del material utilizado.

Experimentos más precisos mostraron que algunos colores no liberaron electrones en absoluto en el material. Aumentó la intensidad del color pero nada. Solo cuando el color era el correcto, generaba una corriente, incluso con luz de baja intensidad.

Se propuso una teoría de que la luz se cuantificó. Es decir, no es suave pero está hecho de un pequeño paquete de energía y el color (igual que la longitud de onda) determina si la luz era lo suficientemente energética como para liberar los electrones. No es la intensidad de la luz.

Ese es el efecto foto eléctrico.

Otros experimentos demostraron que si el detector está hecho de sensores muy pequeños y la intensidad de la luz se reduce a casi nada, la luz realmente impacta en un sensor individual y no se detecta nada en los sensores circundantes. Confirmando que EM está cuantizado. Una partícula en el modelo estándar. Un fotón

En la teoría de ondas, la energía de una onda es una función continua proporcional a la amplitud y frecuencia.

En el efecto fotoeléctrico, el contenido de energía es discreto y proporcional solo a la frecuencia.

Vaya aquí para más detalles: ¿Qué es el experimento del efecto fotoeléctrico y qué podemos aprender de él?

“Las explicaciones deben ser simples, detalladas y precisas. ¡Gracias!”

Entonces … ¿básicamente quieres que hagamos tu tarea para ti entonces?

La observación principal que no funciona con la teoría clásica de la onda de la luz es que es la frecuencia, más que la intensidad, la que afecta si se obtiene algún efecto. En teoría clásica, debería, en principio, ser capaz de aumentar la intensidad de la luz de cualquier frecuencia para eliminar electrones de un metal mediante este mecanismo. En cambio, hay una frecuencia umbral que parece ser una propiedad material.

Eso debería apuntarlo en una dirección útil: hay muchos sitios web que entran en más detalles … ve y mira.

La fotoeléctrica solo puede explicarse suponiendo que la luz está compuesta de partículas, no de ondas, porque
No hay retraso de tiempo b / w incidente de radiación y eyección de electrones. Si la luz fuera una onda, los electrones tardarían un tiempo en salir del metal porque la onda de luz de la misma energía se distribuiría en una gran cantidad de electrones. Cuando aumentamos la intensidad de la luz (no. De fotones cayendo por unidad de área) el no. de electrones emitidos aumentan y la relación es necesaria para ser como 1: 1 según la mecánica cuántica. Y si se pensara que la luz es onda, al aumentar su intensidad o energía (solo en onda) su amplitud solo cambia, por lo que no tendrá efecto sobre el número de electrones emitidos, sino que solo tendrá un cambio en la energía cinética del electrón. Lo que muestra que la luz es partícula no onda porque al aumentar el no. fotón incidentado no. de electrones emitidos aumenta. Y cuando aumentamos la frecuencia de radiación, se suministra más energía a los electrones que aumentan su energía cinética, no el número de electrones emitidos. Según la física de la onda, la energía de una onda depende de la amplitud de una onda, lo que significa que la luz de cualquier la frecuencia puede hacer que los electrones salgan del metal, pero no sucedió, la luz de cierta frecuencia fija puede hacer que los electrones salgan del metal. Entonces, el efecto fotoeléctrico solo puede explicarse por la naturaleza de las partículas de la luz, no por la onda.

El problema no es aumentar la intensidad, sino disminuirla.

La teoría de las ondas no explica por qué la iluminación de baja intensidad todavía causa la emisión discreta, separada por el tiempo, de electrones individuales.

El modelo de onda es de algo continuo e indivisible. Si baja la alimentación, debería dejar de causar electrones porque se encuentra por debajo de algún umbral. No lo hace. Siguen llegando, y vienen de una manera que sugiere que el cátodo está siendo golpeado con bolas de billar, no con suaves zephyrs flotantes.

No vas a obtener una descripción simple sin matemáticas difíciles, porque son las matemáticas las que levantan la tapa de la improbabilidad. Hice lo mejor que pude.

¿Asumo que has leído todas las otras respuestas? Todos son más detallados que los míos.

• ¿Por qué la teoría de ondas no explica el efecto fotoeléctrico?
• ¿Cómo la física clásica no puede explicar el resultado del efecto fotoeléctrico?
• https://www.quora.com/How-did-th …?
• ¿Cómo proporciona el efecto fotoeléctrico la evidencia de la naturaleza de las partículas de la radiación electromagnética?

No. El efecto fotoeléctrico es un fenómeno completamente no clásico. Todos los conceptos que menciona son clásicos y simplemente no pueden explicar por qué el efecto fotoeléctrico es discreto o la forma en que depende de la frecuencia de la luz. Esto se debe a que los conceptos que menciona se describen mediante parámetros continuos (análogos), mientras que el efecto fotoeléctrico es un fenómeno cuántico (similar a los digitales).

El efecto fotoeléctrico necesita que las partículas interactúen y, por lo tanto, expulsen electrones, y en la teoría ondulatoria de la luz consideramos la luz como la onda, no como las partículas, por lo tanto, la teoría ondulatoria no explica el efecto fotoeléctrico.

La teoría de las olas consideraba que la luz era una onda. Mientras que el efecto fotoeléctrico puede entenderse considerando la luz como una corriente de fotones.