El efecto fotoelectrico

El Efecto Fotoelectrico Resumen El efecto fotoelectrico consiste en la radiacion de electrones por un material cuando se lo ilumina con radiacion electromagnetica como lo es la luz visible o ultra violeta Palabras claves • Fotoelectrico • Ultra violeta Abstract The photoelectric effect is the radiation electrons of a material when it is illuminated with as electromagnetic radiation is visible light or ultra violet Key words • photoelectric • ultra violet Introduccion Los fotones tienen una energia caracteristica determinada por la frecuencia de onda de la luz.

Si un electron absorbe energia de un foton que tiene mayor energia que la necesaria para expulsarlo del material y que ademas posee una velocidad bien dirigida hacia la superficie, entonces el electron puede ser extraido del material. Si la energia del foton es demasiado pequena, el electron es incapaz de escapar de la superficie del material. Los cambios en la intensidad de la luz no modifican la energia de sus fotones, tan solo el numero de electrones que pueden escapar de la superficie sobre la que incide y por lo tanto la energia de los electrones emitidos no depende de la intensidad de la radiacion que le llega, sino de su frecuencia.

Si el foton es absorbido parte de

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la energia se utiliza para liberarlo del atomo y el resto contribuye a dotar de energia cinetica a la particula libre. En principio, todos los electrones son susceptibles de ser emitidos por efecto fotoelectrico. En realidad los que mas salen son los que necesitan menos energia para salir y, de ellos, los mas numerosos. En un aislante (dielectrico), los electrones mas energeticos se encuentran en la banda de valencia. En un metal, los electrones mas energeticos estan en la banda de conduccion.

En un semiconductor de tipo N, son los electrones de la banda de conduccion que son los mas energeticos. En un semiconductor de tipo P tambien, pero hay muy pocos en la banda de conduccion. Asi que en ese tipo de semiconductor hay que ir a buscar los electrones de la banda de valencia. A la temperatura ambiente, los electrones mas energeticos se encuentran cerca del nivel de Fermi (salvo en los semiconductores intrinsecos en los cuales no hay electrones cerca del nivel de Fermi).

La energia que hay que dar a un electron para llevarlo desde el nivel de Fermi hasta el exterior del material se llama funcion trabajo, y la frecuencia minima necesaria para que un electron escape del metal recibe el nombre defrecuencia umbral. El valor de esa energia es muy variable y depende del material, estado cristalino y, sobre todo de las ultimas capas atomicas que recubren la superficie del material. Los metales alcalinos (sodio, calcio, cesio, etc. ) presentan las mas bajas funciones de trabajo. Aun es necesario que las superficies esten limpias al nivel atomico.

Una de la mas grandes dificultades de las experiencias de Millikan era que habia que fabricar las superficies de metal en el vacio. Marco teorico Sea f la energia minima necesaria para que un electron escape del metal. Si el electron absorbe una energia E, la diferenciaE-f, sera la energia cinetica del electron emitido. [pic] Einstein explico las caracteristicas del efecto fotoelectrico, suponiendo que cada electron absorbia un cuanto de radiacion o foton. La energia de un foton se obtiene multiplicando la constante h de Planck por la frecuencia f de la radiacion electromagnetica. E=hf

Si la energia del foton E, es menor que la energia de arranque f, no hay emision fotoelectrica. En caso contrario, si hay emision y el electron sale del metal con una energia cinetica Ek igual a E-f. Por otra parte, cuando la placa de area S se ilumina con cierta intensidad I, absorbe una energia en la unidad de tiempoproporcional a IS, basta dividir dicha energia entre la cantidad hf para obtener el numero de fotones que inciden sobre la placa en la unidad de tiempo. Como cada electron emitido toma la energia de un unico foton, concluimos que el numero de electrones emitidos en la nidad de tiempo es proporcional a la intensidad de la luz que ilumina la placa [pic] Mediante una fuente de potencial variable, tal como se ve en la figura podemos medir la energia cinetica maxima de los electrones emitidos, vease el movimiento de particulas cargadas en un campo electrico. Aplicando una diferencia de potencial V entre las placas A y C se frena el movimiento de los fotoelectrones emitidos. Para un voltaje V0 determinado, el amperimetro no marca el paso de corriente, lo que significa que ni aun los electrones mas rapidos llegan a la placa C.

En ese momento, la energia potencial de los electrones se hace igual a la energia cinetica. [pic] Variando la frecuencia f, (o la longitud de onda de la radiacion que ilumina la placa) obtenemos un conjunto de valores del potencial de detencion V0. Llevados a un grafico obtenemos una serie de puntos (potencial de detencion, frecuencia) que se aproximan a una linea recta. La ordenada en el origen mide la energia de arranque en electron-voltios f/e. Y la pendiente de la recta es h/e. Midiendo el angulo de dicha pendiente y usando el valor de la carga del electron e= 1. 10-19 C, obtendremos el valor de la constante de Planck, h=6. 63 10-34 Js. [pic] Desarrollo teorico En el experimento que se ve en el video 2 se puede apreciar como se obtiene la Constante de Planck utilizando el efecto fotoelectrico, con el siguiente desarrollo: Materiales: • Una fuente de luz policromatica (lampara de mercurio) • Multimetro Desarrollo: • Elegir el material de la placa metalica con el que experimentar el efecto fotoelectrico, en el control seleccion tituladoCatodo. Introducir la longitud de onda de la radiacion que ilumina la placa, en angstrom (cuatro cifras) esto tomado de una lista de colores a diferentes longitudes de onda. • Seleccionar la intensidad de la radiacion un  numero mayor que cero, en el control de seleccion titulado Intensidad de la luz. Comprobar que cuando mayor sea la intensidad mayor es la desviacion del amperimetro cuando pasa corriente por la fotocelula. • Si hay emision, observar el movimiento del electron. El campo electrico frena al electron y eventualmente, le hace regresar a la placa metalica si su energia cinetica no es suficiente. Repetir la experiencia introduciendo una nuevo valor para la longitud de onda de la radicacion que ilumina la placa metalica. • Una vez que se han recolectado un numero suficiente de datos (cuanto mas mejor), se anotan en alguna tabla para representar graficamente los datos. • Teniendo la grafica, observamos que los puntos de ubican en una recta, con esto obtenemos el valor de la pendiende de la recta que en este caso es 4. 144×1015 voltios / Hertz Con el valor de la pendiente y utilizando el valor absoluto de la cargadle electron que es 1. 02 x 10-19 Coulombs se obtiene el valor de la constante de Planck multiplicando la pendiente por la carga e y dividiendo por el factor 1014 obtenemos multiplicando la pendiente a por la carga e y dividiendo por el factor 1014 obtenemos h = 6. 639 x 10-34 Js Conclusiones • La luz tiene un comportamiento dual se comporta como onda para ciertos fenomenos como la interferencia y como corpusculos para otros fenomenos tales como el efecto fotoelectrico. Referencias bibliograficas [1]http://www. sc. ehu. es/sbweb/fisica/cuantica/fotoelectrico/fotoelectrico. htm [2]http://es. wikipedia. rg/wiki/Efecto_fotoelectrico [3] http://www. youtube. com/watch? v=DSEKwLDq3ug [4]http://www. youtube. com/watch? v=2jGorDcPfis ———————– [pic] ANDRES DAVID RODRIGUEZ HERNANDEZ 20061007006 Profesor German Pabon 1[? ] Estudiante de Ingenieria Electrica de la Universidad Distrital. 2[? ] Estudiante de Ingenieria Electrica de la Universidad Distrital. 4[? ] Profesor de la Facultad de Ingenieria? Estudiante de Ingenieria Electrica de la Universidad Distrital. 2? Estudiante de Ingenieria Electrica de la Universidad Distrital. 4? Profesor de la Facultad de Ingenieria de la Universidad Distrital.