Transcript EFECTO FOTOELECTRICO Erika

EFECTO FOTOELECTRICO
Presentado por : Erika Rubiano
Fundamentos de Electricidad y Magnetismo
Segundo semestre 2012
Introducción:
• La emisión de electrones por metales
iluminados con luz de determinada
frecuencia fue observada a finales del
siglo XIX por Hertz y Hallwachs. El
proceso por el cual se liberan electrones
de un material por la acción de la
radiación se denomina efecto
fotoeléctrico o emisión fotoeléctrica.
Sus características esenciales son:
• Para cada sustancia hay una frecuencia
mínima o umbral de la radiación
electromagnética por debajo de la cual no
se producen fotoelectrones por más intensa
que sea la radiación.
• La emisión electrónica aumenta cuando se
incrementa la intensidad de la radiación que
incide sobre la superficie del metal, ya que
hay más energía disponible para liberar
electrones.
• Hoy en día los científicos ven a la luz con una
naturaleza dual. En algunos experimentos la
luz se comporta como partículas y en otros
presenta propiedades ondulatorias.
• La teoría ondulatoria electromagnética clásica
explica de forma apropiada de la propagación
de la luz y de los efectos de interferencia.
•De acuerdo con el concepto de que la luz
que incide, es tomada como cuantos de
energía de magnitud igual al producto de
la constante de Planck h por la frecuencia
de la luz.
•Los electrones están ligados a los átomos
en el metal.
Teoría :
Grafico del estudio Fotoeléctrico
Figura 1.
El efecto fotoeléctrico es la emisión de electrones
desde una placa de metal expuesta a ciertas
frecuencias de luz.
De la figura 1
• El experimento se halla en un tubo al
vacío.
• Se establece una diferencia en
potencial a través de los electrodos por
medio de una fuente de voltaje (se
puede variar la diferencia de potencial).
• Se utiliza un amperímetro para detectar
y medir la cantidad de corriente en el
circuito.
• En ausencia de la luz, la corriente no
fluye en el circuito.
• Cuando la luz de cierta frecuencia
incide en la placa A, la corriente fluye
en el circuito.
• La luz arranca electrones de la placa A.
Estos electrones viajan hacia la placa
negativa completando el circuito.
• Los electrones arrancados de la placa
de metal se llaman fotoelectrones y son
iguales que otros electrones.
Sea f la mínima energía para que un
electrón sea desprendido del metal, y si f > φ
(propiedad del material: Función trabajo),
éstos electrones saldrán despedidos con una
energía cinética:
K=f – φ
Y los electrones con mayor energía cinética
serán los que están ligados al material con
una energía φ0:
Kmax = f - φ0
El trabajo (Energía Umbral) para la extracción del
electrón del metal sería igual a:
φ = h. fmin
Donde fmin es la frecuencia umbral mínima para
poder extraer un electrón; que es característica
de cada metal.
Ahora si se varia el voltaje (V) y se registra la
fotocorriente (i) para diferentes intensidades (I) y
frecuencias f de la radiación incidente y
diferentes materiales M. Se observa que a mayor
V aplicado mayor i. Si V se hace negativo existe
un V0 tal que para un V menor no se produce
Figura 2
fotocorriente (Contravoltaje)
Observaciones Experimentales:
1-Dependiendo del material de la placa M, existe
una frecuencia mínima f, para que exista
FOTOCORRIENTE.
Nota: Para frecuencias menores a la FRECUENCIA
UMBRAL no se presenta fotocorriente.
i

1

Figura 3
0
Para frecuencias mayores a la frecuencia
umbral:
Figura 4.1
Para frecuencias menores a la frecuencia
umbral:
Figura 4.2
2-Al aumentar V se produce CORRIENTE de
SATURACION.
3- La fotocorriente es proporcional a la
Intensidad incidente.
4- El contravoltaje depende de la frecuencia
de la radiación incidente.
Contravoltaje:
Para estimar el contravoltaje: primero se establece
una diferencia en potencial a través del tubo, esto
significa que el voltaje tiende a evitar que los
electrones escapen de la placa A. La diferencia en
potencial opuesta, se incrementa hasta que ningún
electrón tenga suficiente energía para viajar a través
del tubo. Esta diferencia de potencial se llama
trabajo (W) de frenado y debe de ser capaz de parar
electrones con energía cinética máxima. El trabajo
hecho debe ser igual a la energía cinética máxima de
estos electrones.
5- Energía cinética máxima depende
de la frecuencia de la radiación
incidente. (Experimento de Milikan)
Figura 6
Donde el corte en X es la frecuencia umbral y
V0 es la energía cinética máxima.
Conclusiones:
• La relación que existe entre el trabajo
Energía del fotón =
Trabajo de frenado
de trabajo
(función trabajo)
que se+ Función
hace
para
E
=
Ke
w
liberar
los electrones
de la +superficie
del
hfmetal
=
KE trabajo que +se hace
hf
y la del
para
parar
los electrones
es que- si sumamos
KE
=
hf
hf
estos dos KEpodemos
la
=
h (f –representar
f)
energía del fotón que incide sobre el
metal.
fotón
max
o
max
max
o
max
o
•Al momento de graficar la máxima energía
de los electrones liberados de la superficie
de un cierto metal versus la frecuencia del
fotón incidente, podemos observar que es una
línea recta, además todos los metales
presentan la misma curva con la misma
pendiente, solo cambian en el punto de origen
que varia con la frecuencia de entrada f0 del
metal.
•La energía que se necesita para liberar el
electrones de la superficie de un metal se
llama función de trabajo (φ ) y es igual a f0 .
Bibliografía:
•http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/cuantica/fotoelec
trico/fotoelectrico.htm
•Figura 1 tomada de:
http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/cuantica/fotoelect
rico/fotoelectrico.htm.
•Introducción a la Física Moderna, 1° edición 1987,
Mauricio García Castañeda, Jeannine Ewert DeGeus, Universidad Nacional de Colombia, BogotaCentro Editorial.
GRACIAS