NOBEL DE FÍSICA 1921: ALBERT EINSTEIN
(por María del Mar Jordán)

Albert-Einstein-Biography.jpgmedal-nobel.jpg



INTRODUCCIÓN

Albert Einstein es reconocido como el hombre más brillante de la Física moderna. Y no son pocos quienes opinan que pasarán muchos años hasta que aparezca otro científico de su envergadura.
En su segundo artículo, Un punto de vista heurístico sobre la producción y transformación de luz, Einstein proponía la idea de "quanto" de luz (ahora llamados fotones ) y mostraba cómo se podía utilizar este concepto para explicar el efecto fotoeléctrico.
La teoría de los cuantos de luz fue un fuerte indicio de la dualidad onda-corpúsculo y de que los sistemas físicos pueden mostrar tanto propiedades ondulatorias como corpusculares. Este artículo constituyó uno de los pilares básicos de la mecánica cuántica. Por este trabajo, y por sus contribuciones a la física teórica, Einstein recibió el Premio Nobel de Física de 1921.




CONTRIBUCIÓN A LA SOCIEDAD


Además de derrumbar las suposiciones de la física clásica y revolucionar la física del siglo XX aún más que la relatividad, el efecto fotoeléctrico es la base de la producción de energía eléctrica por radiación solar y, por tanto, del aprovechamiento energético de la energía solar. El efecto fotoeléctrico se utiliza también para la fabricación de células utilizadas en los detectores de llama de las calderas de las grandes centrales termoeléctricas. Por tanto, esto ha constituido un adelanto sorprendente para la humanidad debido a la “crisis de energía” que sufrimos.
Nuestra sociedad utiliza muchas fuentes de energía para abastecerse aunque la mayor parte de la energía que usamos es la obtenida a partir del tratamiento del petróleo. El problema es que esta fuente de energía no es renovable ya que el petróleo no existirá para siempre, pues se forma tras una largo período de tiempo.
Por consiguiente, necesitamos fuentes de energía renovables (que no se agoten) y una de ellas es la energía solar. Gracias a la explicación sobre el efecto fotoeléctrico de Albert Einstein y a los experimentos de muchos otros científicos, podemos aprovechar esta energía para producir electricidad y así no depender exclusivamente de fuentes de energía no renovables.paneles-solares.jpgimg_termosolar.jpg


Este efecto es también el principio de funcionamiento de los sensores utilizados en las cámaras digitales. También se utiliza en diodos fotosensibles tales como los que se utilizan en las células fotovoltaicas y en electroscopios o electrómetros.

camara-digital1.jpg





EXPLICAIÓN CIENTÍFICA DEL EFECTO FOTOELÉCTRICO



En 1905 Albert Einstein propuso la primera descripción matemática del efecto fotoeléctrico que parecía funcionar correctamente y en la que la emisión de electrones era producida por la absorción de cuantos de luz que más tarde serían llamados fotones.
El trabajo de Einstein predecía que la energía con la que los electrones escapaban del material aumentaba de forma lineal con la frecuencia de la luz incidente. Sorprendentemente este aspecto no había sido observado en experiencias anteriores sobre el efecto fotoeléctrico. La demostración experimental de este aspecto fue llevada a cabo en 1915 por el físico estadounidense Robert Andrews Millikan, lo que constituyó la validez de la teoría de Einstein.

El efecto fotoeléctrico consiste en la emisión de electrones por un material cuando se le ilumina con radiación electromagnética (luz visible o ultravioleta, en general).Photoelectric_effect.jpg


Los fotones tienen una energía característica determinada por la frecuencia de onda de la luz. Si un átomo absorbe energía de un fotón que tiene mayor energía que la necesaria para expulsar un electrón del material y que además posee una velocidad bien dirigida hacia la superficie, entonces el electrón puede ser extraído del material. Si la energía del fotón es demasiado pequeña, el electrón es incapaz de escapar de la superficie del material. Los cambios en la intensidad de la luz no modifican la energía de sus fotones, tan sólo el número de electrones que pueden escapar de la superficie sobre la que incide y por lo tanto la energía de los electrones emitidos no depende de la intensidad de la radiación que le llega, sino de su frecuencia. Si el fotón es absorbido parte de la energía se utiliza para liberarlo del átomo y el resto contribuye a dotar de energía cinética a la partícula libre.
En principio, todos los electrones son susceptibles de ser emitidos por efecto fotoeléctrico. En realidad los que más salen son los que necesitan menos energía para salir y, de ellos, los más numerosos.




Einstein no se proponía estudiar las causas del efecto en el que los electrones de ciertos metales, debido a una radiación luminosa, podían abandonar el metal con energía cinética. Intentaba explicar el comportamiento de la radiación, que obedecía a la intensidad de la radiación incidente, al conocerse la cantidad de electrones que abandonaba el metal, y a la frecuencia de la misma, que era proporcional a la energía que impulsaba a dichas partículas.

Para analizar el efecto fotoeléctrico cuantitativamente utilizando el método derivado por Einstein es necesario plantear las siguientes ecuaciones:
Energía de un fotón absorbido = Energía necesaria para liberar 1electrón + energía cinética
del electrón emitido.
Algebraicamente:

external image bd060318b0d9be42c9d371571577794c.png

que puede también escribirse como
external image ed3fc0dd8f47c8dbd92a28c1b9756247.png.


donde h es la constante de Planck, f0 es la frecuencia de corte o frecuencia mínima de los fotones para que tenga lugar el efecto fotoeléctrico, Φ es la función trabajo, o mínima energía necesaria para llevar un electrón del nivel de Fermi al exterior del material y Ek es la máxima energía cinética de los electrones que se observa experimentalmente. Si la energía del fotón (hf) no es mayor que la función de trabajo (Φ), ningún electrón será emitido.
En algunos materiales esta ecuación describe el comportamiento del efecto fotoeléctrico de manera tan sólo aproximada. Esto es así porque el estado de las superficies no es perfecto (contaminación no uniforme de la superficie externa).





BIOGRAFÍA DE ALBERT EINSTEIN


Albert Einstein (Ulm, Alemania, 14 de marzo de 1879– Princeton, Estados Unidos, 18 de abril de 1955) fue un físico de origen alemán, nacionalizado posteriormente suizo y estadounidense. Está considerado como el científico más importante del siglo XX, además de ser el más conocido.Albert_Einstein_as_a_child.jpg

Albert Einstein nace en Ulm, Alemania, el 14 de marzo de 1879, en el seno de una familia judía de clase media aunque creció en Munich. Sus padres eran Hermann Einstein y Pauline Koch.
Solía evitar la compañía de otros infantes de su edad y desde sus comienzos, demostró cierta dificultad para expresarse, por lo que aparentaba poseer algún retardo que le provocaría algunos problemas. Albert era paciente y metódico y no gustaba de exhibirse. Cursó sus estudios primarios en una escuela católica; un periodo difícil que sobrellevaría gracias a las clases de violín que le daría su madre, (instrumento que le apasionaba y que continuó tocando el resto de sus días) y a la introducción al álgebra que le descubriría su tío Jacov, quien convenció al padre de Albert para que construyese una casa con un taller. El pequeño Albert, creció motivado entre las investigaciones que se llevaban a cabo en el taller y todos los aparatos que allí había. Además, su tío incentivó sus inquietudes científicas proporcionándole libros de ciencia.
El colegio no lo motivaba y aunque era excelente en matemáticas y física, no se interesaba por las demás asignaturas.
Debido a la quiebra del negocio de su padre, su familia se traslada a Milán en 1894. Albert permanece en Munich y se muda dos años más tarde para completar sus estudios.
Einstein obtuvo el título de bachiller alemán en 1896, a la edad de 16 años. Ese mismo año renunció a su ciudadanía alemana e inició los trámites para convertirse en ciudadano suizo. Poco después el joven Einstein ingresó en el Instituto Politécnico de Zúrich con la idea de estudiar física.
Durante su años en Zúrich, descubrió la obra de diversos filósofos: Baruch Spinoza, David Hume, Immanuel Kant, Karl Marx, Friedrich Engels y Ernst Mach. También tomó contacto con el movimiento socialista.

En 1901 consiguió la ciudadanía suiza y en 1902 tuvo una hija llamada Liserl con Mileva Maric, compañera suya en el Instituto Politécnico de Zúrich, con la que se casó en 1903.einstein-mileva.jpg
Se graduó en 1900, obteniendo el diploma de profesor de matemáticas y de física y ejerció como tutor en Winterthur, Schaffhausen y en Berna.
Trabajó desde 1902 hasta 1909 en la Oficina Confederal de la Propiedad Intelectual de Berna, una oficina de patentes.
En 1904, Einstein y Mileva tuvieron un hijo de nombre Hans Albert Einstein.

En 1905 redactó varios trabajos fundamentales sobre la física de pequeña y gran escala. En el primero de ellos explicaba el movimiento browniano, en el segundo el efecto fotoeléctrico y los dos restantes desarrollaban la relatividad especial y la equivalencia masa-energía. El primero de ellos le valió el grado de doctor por la Universidad de Zúrich en 1906, y su trabajo sobre el efecto fotoeléctrico, le haría merecedor del Premio Nobel de Física en 1921.

En 1908 fue contratado en la Universidad de Berna, Suiza, como profesor y conferenciante. Einstein y Mileva tuvieron un nuevo hijo, Eduard, nacido el 28 de julio de 1910. Poco después la familia se mudó a Praga, donde Einstein obtuvo la plaza de catedrático de física teórica en la Universidad Alemana de Praga. En esta época trabajó estrechamente con Marcel Grossman y Otto Stern. También comenzó a llamar al tiempo matemático cuarta dimensión.
En 1913, justo antes de la Primera Guerra Mundial, fue elegido miembro de la Academia Prusiana de Ciencias. Estableció su residencia en Berlín, donde permaneció durante diecisiete años. El emperador Guillermo, le invitó a dirigir la sección de Física del Instituto de Física Káiser Wilhelm.


El 14 de febrero de 1919 se divorció de Mileva y algunos meses después, el 2 de junio de 1919 se casó con una prima suya, Elsa Loewenthal, con la que no tuvo hijos.einstein-elsa-loewenthal.jpg

Ante el ascenso del nazismo decidió abandonar Alemania en diciembre de 1932 y marchar con destino hacia Estados Unidos, país donde impartió docencia en el Instituto de Estudios Avanzados de Princeton, agregando a su nacionalidad suiza la estadounidense en 1940.

En 1939, redacta la célebre carta a Roosevelt, para promover el Proyecto atómico.
El 17 de abril de 1955, Albert Einstein experimentó una hemorragia interna causada por la ruptura de un aneurisma de la aorta abdominal. Einstein rechazó la cirugía, diciendo:
"Quiero irme cuando quiero. Es de mal gusto prolongar artificialmente la vida. He hecho mi parte, es hora de irse. Yo lo haré con elegancia." Murió en el Hospital de Princeton (Nueva Jersey) a primera hora del 18 de abril de 1955 a la edad de 76 años. Los restos de Einstein fueron incinerados. Durante la autopsia, el patólogo del Hospital de Princeton, Thomas S. Harvey, extrajo el cerebro de Einstein para conservarlo, sin el permiso de su familia, con la esperanza de que la neurociencia del futuro fuera capaz de descubrir lo que hizo a Einstein ser tan inteligente.
AlbertEinstein.jpg

TRAYECTORIA COMO CIENTÍFICO

En 1905 escribió cuatro artículos sobre la física que fueron enviados a la revista "Annalen der Physik" y son conocidos generalmente como los artículos del "Annus Mirabilis" (del latín: Año extraordinario). Esto artículos son:

-1er artículo: Sobre el movimiento requerido por la teoría cinética molecular del calor de pequeñas partículas suspendidas en un líquido estacionario.
Este artículo trataba sobre el movimiento browniano, el cual había desconcertado a la comunidad científica desde su descubrimiento.
El artículo explicaba el fenómeno haciendo uso de las estadísticas del movimiento térmico de los átomos individuales que forman un fluido, lo que proporcionó una evidencia experimental incontestable sobre la existencia real de los átomos. Esto también impulsó a la mecánica estadística y a la teoría cinética de los fluidos.

-2º artículo: Un punto de vista heurístico sobre la producción y transformación de luz.
Este artículo explicaba el efecto fotoeléctrico utilizando la idea de “quanto” de luz.
Gracias a este artículo de Einstein, por el que recibió el Premio Nobel de Físcia en 1921, se constituyeron las bases de la mecánica cuántica y los primeros indicios sobre la dualidad onda-corpúsculo.

-3er artículo: Sobre la electrodinámica de cuerpos en movimiento.
En este artículo Einstein introducía la teoría de la relatividad especial estudiando el movimiento de los cuerpos y el electromagnetismo en ausencia de la fuerza de interacción gravitatoria.
Su razonamiento se basó en dos axiomas simples: en el primero volvió a formular el principio de simultaneidad, introducido por Galileo siglos antes, por el que las leyes de la física deben ser invariantes para todos los observadores que se mueven a velocidades constantes entre ellos, y el segundo, que la velocidad de la luz es constante para cualquier observador.
El segundo axioma implica que si un destello de luz se lanza al cruzarse dos observadores en movimiento relativo, ambos verán alejarse la luz produciendo un círculo perfecto con cada uno de ellos en el centro. Si a ambos lados de los observadores se pusiera un detector, ninguno de los observadores se pondría de acuerdo en qué detector se activó primero (se pierden los conceptos de tiempo absoluto y simultaneidad).
La teoría recibe el nombre de "teoría especial de la relatividad" o "teoría restringida de la relatividad"

-4º artículo: ¿Depende la inercia de un cuerpo de su contenido energético?.
Este artículo mostraba una deducción de la ecuación de la relatividad que relaciona masa y energía.

E= mc2
Esta ecuación, donde la energía E de un cuerpo en reposo es igual a su masa m multiplicada por la velocidad de la luz (3·108 m/s)
al cuadrado, muestra cómo una partícula con masa posee un tipo de energía, "energía en reposo", distinta de las clásicas energía cinética y energía potencial. La relación masa-energía se utiliza comúnmente para explicar cómo se produce la energía nuclear.

Relatividad General

En 1915 Einstein presentó una serie de conferencias en la Academia de Ciencias de Prusia en las que describió la teoría de la relatividad general.
En esta teoría todos los observadores son considerados equivalentes y no únicamente aquellos que se mueven con una velocidad uniforme. La gravedad no es ya una fuerza o acción a distancia, como era en la gravedad newtoniana, sino una consecuencia de la curvatura del espacio-tiempo.
La teoría proporcionaba las bases para el estudio de la cosmología y permitía comprender las características esenciales del Universo.


La Teoría de Campo Unificada

Einstein dedicó sus últimos años a la búsqueda de una de las más importantes teorías de la física, la llamada Teoría de Campo Unificada. Dicha búsqueda consistió en una serie de intentos tendentes a generalizar su teoría de la gravitación para lograr unificar y resumir las leyes fundamentales de la física.
En el año 1950, expuso su Teoría de campo unificada en un artículo titulado «Sobre la teoría generalizada de la gravitación» (On the Generalized Theory of Gravitation) en la famosa revista Scientific American.






PARA SABER MÁS SOBRE ALBERT EINSTEIN:


Los enlaces de las 4 partes restantes del documental son:

http://www.youtube.com/watch?v=ounCszYxCrA&feature=relatedhttp://www.youtube.com/watch?v=fjRFwXir4h8&feature=relatedhttp://www.youtube.com/watch?v=bTFYMJACbVA&feature=relatedhttp://www.youtube.com/watch?v=jCsZ-kf66IA&feature=related



WEBGRAFÍA
http://es.wikipedia.org/wiki/Albert_Einstein

http://es.wikipedia.org/wiki/Efecto_fotoeléctricohttp://www.profes.net/newweb/fis/apieaula2.asp?id_contenido=35150