Einstein y electricidad: efecto fotoeléctrico

Este año conmemoramos el centenario de la estancia de Albert Einstein en España. Durante los meses de febrero y marzo de 1923 estuvo visitando e impartiendo conferencias en Barcelona, Madrid y Zaragoza. En el blog de Endesa Educa queremos dar nuestro particular homenaje al eminente científico que realizó importantes descubrimientos, también en el campo de la energía, y que repercutieron especialmente en un tipo de generación eléctrica debido a su trabajo en el campo del efecto fotoeléctrico: la energía solar.

Einstein ha pasado a la historia por su descubrimiento de la teoría de la relatividad. Sin embargo, sus estudios de la ley del efecto fotoeléctrico le merecieron el Premio Nobel de Física. ¿Qué repercusión tuvo este descubrimiento en el desarrollo de las placas solares fotovoltaicas? ¿Y por qué obtuvo el Premio Nobel por los estudios en este campo y no por la teoría de la relatividad?

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Este año conmemoramos el centenario de la estancia de Albert Einstein en España. Durante los meses de febrero y marzo de 1923 estuvo visitando e impartiendo conferencias en Barcelona, Madrid y Zaragoza. En el blog de Endesa Educa queremos dar nuestro particular homenaje al eminente científico que realizó importantes descubrimientos, también en el campo de la energía, y que repercutieron especialmente en un tipo de generación eléctrica debido a su trabajo en el campo del efecto fotoeléctrico: la energía solar.

Einstein ha pasado a la historia por su descubrimiento de la teoría de la relatividad. Sin embargo, sus estudios de la ley del efecto fotoeléctrico le merecieron el Premio Nobel de Física. ¿Qué repercusión tuvo este descubrimiento en el desarrollo de las placas solares fotovoltaicas? ¿Y por qué obtuvo el Premio Nobel por los estudios en este campo y no por la teoría de la relatividad?

Albert Einstein: “Lo más incomprensible del Universo, es que sea comprensible”

Albert Einstein (14 de marzo de 1879, Alemania – 18 de abril de 1955, Estados Unidos) fue un físico alemán de origen judío, nacionalizado después suizo y que acabó sus días con nacionalidad estadounidense.

De joven, no fue precisamente un alumno modelo, y se escapaba de las clases de la universidad. Al acabar sus estudios, no encontró trabajo y se dedicó a las ventas por domicilio. Un poco más tarde, empezó a realizar substituciones en la universidad y acabó trabajando en la oficina suiza de patentes.

Sin embargo, su intensa curiosidad por descubrir las fuerzas que movían la naturaleza, le llevaron a realizar sus principales estudios durante este periodo en la oficina de patentes. El mismo Einstein afirmó en una ocasión: “Quiero averiguar los pensamientos de Dios de un modo matemático”. Esta pasión le llevó a profundizar en las los misterios de la naturaleza, de los que acabó desentrañando algunas leyes universales. La importancia de sus descubrimientos acabó otorgándole el Premio Nobel de Física.

La aportación de Einstein a la electricidad: el efecto fotoeléctrico

Einstein realizó importantes descubrimientos en el campo fotoeléctrico. Éstos le hicieron  merecedor del Premio Nobel de Física en 1922.

El efecto fotoeléctrico afirma que un material es capaz de liberar o hacer circular electrones por un material conductor gracias a la energía recibida por un haz de luz. El haz de luz emite fotones (fotón = partícula portadora de todas las formas de radiación). La energía transmitida por el fotón es absorbida por el electrón haciendo que este tenga la energía suficiente para escapar del átomo.

El efecto fotoeléctrico no fue un descubrimiento original de Einstein, sino que introdujo un cambio fundamental en su teoría. Hasta el momento, se consideraba que la luz estaba formada por ondas continuas. Einstein postuló que la luz estaba formada por “paquetes de partículas”, llamados fotones. Añadió que la energía de cada fotón de luz es igual a la frecuencia multiplicada por una constante. De este modo, un fotón per encima de un umbral de frecuencia tiene la energía requerida para expulsar un solo electrón, creando el efecto observado. Así, la energía de electrones expulsados individuales aumenta linealmente con la frecuencia de la luz.

El efecto fotoeléctrico ha permitido desarrollar, además del láser, satélites de comunicación, etc. la energía eléctrica por radiación solar. Los paneles solares están formados por un conjunto de células fotovoltaicas. Éstas producen electricidad a partir de la luz que incide sobre ellas. En este vídeo podrás ver cómo funcionan:

La teoría de la relatividad o la ciencia de lo relativo

“Zytglogge”, obra de Thomas E Deutsch

El descubrimiento más importante de Einstein tiene que ver con la teoría de la relatividad. La inspiración llegó cuando circulaba en un autobús por el centro de Berna, al contemplar las manecillas del reloj de la torre de la ciudad. Se imaginó que él mismo viajaba a la velocidad de la luz y visualizó cómo al llegar a esta velocidad, las manecillas del reloj se pararían. Al avanzar más rápido, es más difícil que la luz te atrape. En consecuencia, el tiempo avanza más lentamente. En otras palabras, su primera teoría sobre la relatividad, llamada de la relatividad especial, postulaba que el tiempo es relativo, ya que avanza más rápido o más despacio en función de la velocidad a la que te mueves.

Esta teoría quedó perfeccionada por la llamada de la relatividad general, en la que incorporó la gravedad a sus ecuaciones, al darse cuenta que en el mundo real, todos los objetos están sometidos a aceleraciones. Esta teoría extiende la relatividad al espacio-tiempo, del cual postula que no será plano en presencia de materia y que la curvatura del espacio-tiempo será percibida como un campo gravitatorio. Esta ley le enfrentaría al mayor científico hasta el momento, Isaac Newton, y con él, a gran parte de la comunidad científica.

Einstein, premio Nobel con polémica

Los descubrimientos de Einstein en el campo fotoeléctrico, suponen de por sí suficiente mérito para recibir el Premio Nobel de Física, ya que constituyeron la base de la mecánica cuántica. Se trata de una rama de la física moderna que trata de explicar el movimiento y su interacción con elementos pequeños, como los átomos.

Sin embargo, es sorprendente que no se le adjudicara dicho Premio por su teoría más revolucionaria, la de la relatividad, que supuso un cambio radical en la forma que tenemos de concebir el espacio, el tiempo y la energía.

Precisamente, fue lo revolucionario de esta teoría lo que incomodaba a la mayor parte de la comunidad científica. Acusaban a Einstein de haber formulado una teoría filosófica a la que le faltaban pruebas para estar demostrada. Esta postura contrastaba con una creciente corriente de apoyo al físico, tanto en el sector científico como en la opinión pública. Esta situación llevó a que el año 1921 el galardón quedara desierto.

Se llegó a una solución intermedia, y al año siguiente, en 1922, Einstein obtuvo finalmente el Premio Nobel. Pero debido a la polémica que su principal descubrimiento, la teoría de la relatividad, seguía teniendo entre los científicos, el galardón se adjudicó a su descubrimiento de la ley del efecto fotoeléctrico.

El día de la entrega del Premio, el 10 de diciembre de 1922, Albert Einstein no asistió a la ceremonia y cuando, siete meses más tarde pronunció su discurso de aceptación, no mencionó el efecto fotoeléctrico sino que habló exclusivamente de la relatividad.