lunes, 28 de diciembre de 2009

El efecto fotoeléctrico y los faros

El otro día alguien me comentó algo acerca de un nuevo coche (no desvelaré la marca, que no es cuestión de hacer publicidad, aunque creo que es algo que ya incoporan muchos modelos desde hace algún tiempo). Ese algo era el encendido automático de las luces de cruce cuando se hace de noche, entras en un túnel o garaje, etc...
Acto seguido me preguntó cómo podía ser que el coche "se diera cuenta" de cuándo era de noche, si había farolas. Evidentemente, conocía la existencia de las células fotoeléctricas (las mismas que hacen que la puerta del ascensor no se cierre cuando alguien se coloca en ella), pero no entendía cómo ese pequeño mecanismo podía diferenciar entre la luz diurna y una farola que ilumina intensamente.
La respuesta, para los que conocen la física y, en concreto, el efecto fotoeléctrico, es bastante sencilla. Para los que no lo tengan tan claro, lo explicaré brevemente.
El efecto fotoeléctrico fue descubierto por Hertz en 1887, pero no fue hasta el siglo veinte (1905) cuando Einstein le dio una explicación razonable (esto le valió el premio Nobel, y no la teoría de la relatividad).


Hertz observó que en un circuito eléctrico abierto (es decir, a través del cual no puede circular la corriente) aparecía un flujo de electrones (esto es, electricidad) cuando se le hacía incidir con luz de una determinada frecuencia que variaba para distintos materiales del cable.
Einstein explicó este fenómeno utilizando la teoría cuántica desarrollada (no hubo demasiado desarrollo, un simple truco matemático y toda la física patas arriba) por Max Planck apenas unos años antes, y que se basa, principalmente, en algo que ya comenté en el artículo de la radiación y el cáncer, y es que la energía está cuantizada. De esta forma, los fotones transportan una energía igual a la constante de Planck (h) multiplicada por su frecuencia (f).
Einstein se dio cuenta de que para "arrancar" los electrones de uno de los extremos del cable para que pudieran circular, era necesaria una energía mínima (que dependía del metal del cable) transportada por los fotones y, por tanto, estos debían tener una frecuencia umbral para los distintos materiales.
Sin más preámbulos, eso es lo que se aplica en los coches. La radiación solar está compuesta por un amplio espectro de fotones, pero la luz de las farolas apenas cubre el espectro visible y parte del infrarrojo (cuya energía y frecuencia es menor que, por ejemplo, el ultravioleta, los rayos X o los rayos Gamma), por lo que sin más que realizar la célula fotoeléctrica de un material que necesite una frecuencia mayor que la del ultravioleta (que el Sol puede proporcionar, pero no las farolas, como acabo de mencionar) para hacer circular la corriente, es suficiente.

¡Un saludo a todos!

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