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FISICA MODERNA
Trabajo Colaborativo N _3
Estudiante DUVIER EDINSON NUEZ LONDOO
Cdigo 94.476.677
Tutor:
VICTOR MANUEL BOHORQUEZ
Grupo: 24
UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA UNADFACULTAD DE
CIENCIAS BASICAS E INGENIERIA
NOVIEMBRE 2012
http://campus07.unadvirtual.org/moodle/user/view.php?id=76547&course=84http://campus07.unadvirtual.org/moodle/user/view.php?id=76547&course=84
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FISICA MODERNAINTRODUCCIN
En el presente trabajo los estudiantes realizaran una
experiencia con el efecto
fotoelctrico.
El efecto fotoelctrico consiste en la emisin de electrones por
un metal cuando se
hace incidir sobre l una radiacin electromagntica (luz visible o
ultravioleta, en
general). A veces se incluyen en el trmino otros tipos de
interaccin entre la luz y
la materia:
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FISICA MODERNAOBJETIVO GENERAL
Estudiar el efecto fotoelctrico
Investigar las caractersticas del efecto fotoelctrico referida
en un metal
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EFECTO FOTOELECTRICO
Se llama efecto fotoelctrico al proceso de emisin de electrones
en la superficie
de un metal alcalino cuando inciden sobre l las radiaciones de
la luz (visibles y
ultravioletas).
Las caractersticas de la emisin fotoelctrica referida a un metal
son:
La emisin de electrones es instantnea al incidir la luz sobre el
metal.
El aumentar la intensidad luminosa se incrementa el nmero de
electrones
emitidos, pero no la velocidad de salida.
La velocidad de los electrones emitidos solo depende de la
frecuencia de la
radiacin incidente.
Para cada metal existe una cierta frecuencia umbral, por debajo
de la cual
no se produce emisin fotoelctrica.
El efecto fotoelctrico se observa por debajo de algn umbral de
longitud de onda
que es especfica del material. El hecho de que la luz de
longitud de onda elevada
no tuviera ningn efecto, incluso si es extremadamente intensa,
apareca como
algo especialmente misterioso para los cientficos.
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FISICA MODERNAFinalmente Albert Einstein dio la explicacin en
1905: La luz est constituida por
partculas (photones) , y la energa de tales partculas es
proporcional a la
frecuencia de la luz. Existe una cierta cantidad mnima de energa
(dependiendo
del material) que es necesaria para extraer un electrn de la
superficie de una
placa de zinc u otro cuerpo slido (funcin trabajo). Si la energa
del fotn esmayor que este valor el electrn puede ser emitido. De
esta explicacin
obtenemos la siguiente expresin:
= Energa cintica mxima de un electrn emitido.
= Constante de Planck (6.626 x 1034 Js).
= frecuencia.
= Funcin trabajo.
En los metales hay electrones que se mueven ms o menos
libremente a travs
de la red cristalina, estos electrones no escapan del metal a
temperaturas
normales por que no tienen energa suficiente. Calentando el
metal es una manera
de aumentar su energa. Los electrones "evaporados" se
denominan
termoelectrones, este es el tipo de emisin que hay en las
vlvulas electrnicas.
Vamos a ver que tambin se pueden liberar electrones
(fotoelectrones) mediante
la absorcin por el metal de la energa de radiacin
electromagntica.
Por otra parte, cuando la placa de rea S se ilumina con cierta
intensidad I,absorbe una energa en la unidad de tiempo proporcional
a IS, basta dividir dicha
energa entre la cantidad hfpara obtener el nmero de fotones que
inciden sobre
la placa en la unidad de tiempo. Como cada electrn emitido toma
la energa de
un nico fotn, concluimos que el nmero de electrones emitidos en
la unidad de
tiempo es proporcional a la intensidad de la luz que ilumina la
placa.
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Mediante una fuente de potencial variable, podemos medir la
energa cintica
mxima de los electrones emitidos, aplicando una diferencia de
potencial Ventre
las placas A y C se frena el movimiento de los fotoelectrones
emitidos. Para un
voltaje V0 determinado, el ampermetro no marca el paso de
corriente, lo quesignifica que ni an los electrones ms rpidos
llegan a la placa C. En ese
momento, la energa potencial de los electrones se hace igual a
la energa
cintica.
El efecto fotoelctrico (EF) consiste esencialmente en la eyeccin
de electrones
por un material fotosensible slido (metlico, semiconductor o
aislante) causada
por la incidencia de una radiacin electromagntica. ste fenmeno
fue
descubierto por Hertz y Hallowachs a finales del siglo XIX al
observar que una
chispa entre dos electrodos saltaba ms fcilmente cuando uno de
ellos era
iluminado.
En esta experiencia se utiliz un fototubo o fotocelda,
consistente de un fotoctodo
sensible y de un nodo o colector. Si existe una diferencia de
potencial entre el
ctodo y el nodo y se ilumina al ctodo, entonces se observa que
fluye una
corriente a travs del tubo: los electrones son arrancados del
ctodo (esto por el
efecto fotoelctrico) y son acelerados hacia el nodo o son
frenados dependiendo
del signo del campo aplicado.
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EXPLICACION FISICA DEL FENOMENO
Planck haba llegado a la conclusin de que el traspaso de energa
entre la
materia y la radiacin en el cuerpo negro ocurra a travs de
paquetes de energa.
Sin embargo, no quiso admitir que la energa radiante una vez
desprendida de la
materia tambin viajaba en forma corpuscular. Es decir que sigui
considerando a
la radiacin que se propaga como una onda clsica.
En 1905, Albert Einstein fue un paso ms all al explicar
completamente las
caractersticas del efecto fotoelctrico. Para ello retom la idea
del cuanto de
energa de Planck, postulando que:
La radiacin electromagntica est compuesta por paquetes de energa
o fotones.
Cada fotn transporta una energa E = v.h, donde v es la
frecuencia de la
radiacin y h es la constante de Planck.
Cuando un fotn incide sobre el metal, transfiere toda su energa
a alguno de los
electrones. Si esta energa es suficiente para romper la ligadura
del electrn con el
metal, entonces el electrn se desprende. Si el fotn transporta
ms energa de la
necesaria, este exceso se transforma en energa cintica del
electrn:
Expresado en frmula matemtica es: E cintica = h.v Extraccin
donde
Extraccin es la energa necesaria para vencer la unin con el
metal.
Esta teora explica perfectamente los hechos observados:
1. Si la frecuencia de la radiacin es baja (como en la luz
visible), los fotones
no acarrean la suficiente energa como para arrancar electrones,
aunque seaumente la intensidad de la luz o el tiempo durante el
cual incide.
Para cada tipo de material existe una frecuencia mnima por
debajo de la cual no
se produce el efecto fotoelctrico.
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FISICA MODERNA2. Si la frecuencia de la radiacin es suficiente
para que se produzca el efecto
fotoelctrico, un crecimiento de la intensidad hace que sea mayor
el nmero
de electrones arrancados (por ende ser mayor la corriente), pero
no afecta
la velocidad de los electrones.
Aumentar la intensidad de la luz equivale a incrementar el nmero
de fotones,
pero sin aumentar la energa que transporta cada uno.
3. Segn la teora clsica, habra un tiempo de retardo entre la
llegada de la
radiacin y la emisin del primer electrn. Ya que la energa se
distribuye
uniformemente sobre el frente de la onda incidente, sta tardara
al menos
algunos cientos de segundos en transferir la energa
necesaria.
La teora de Einstein, en cambio, predice que:
Una radiacin de frecuencia adecuada, aunque de intensidad
sumamente baja,
produce emisin de electrones en forma instantnea.
Pasaron diez aos de experimentacin hasta que la nueva teora fue
corroborada
y aceptada. Se determin el valor de h a partir de experiencias
de efecto
fotoelctrico y se encontr que concordaba perfectamente con el
valor hallado por
Planck a partir del espectro de radiacin de cuerpo negro.
Desde ese momento los fsicos aceptaron que, si bien la luz se
propaga como si
fuera una onda, al interactuar con la materia (en los procesos
de absorcin y
emisin) se comporta como un haz de partculas. Esta sorprendente
conducta es
lo que se ha llamado la naturaleza dual de la luz.
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DESARROLLO TRABAJO COLABORATIVO 3
ACTIVIDAD No. 1Entraran al link ovas unidad 3 interactuar con el
laboratorio virtual sobre el efecto
fotoelctrico. Para cada target, el estudiante deber encontrar la
longitud de ondapara la cual el material seleccionado libera
electrones una vez es bombardeadopor los fotones enviados por la
lmpara. Asociar a esta longitud de onda, sufrecuencia
correspondiente. Comprobar si la emisin de electrones depende de
laintensidad de la luz de la frecuencia de los fotones.Cada
experiencia debe hacerse para el sodio, Zinc, Cobre, Platino,
Calcio, y parael material desconocido.
Presentar un informe de laboratorio, con sus respectivos
anlisis. Documentarseadecuadamente sobre el efecto fotoelctrico, la
informacin encontrada lespermitir entender la base terica del
fenmeno a estudiar, es importante que en
el informe la documentacin terica no exceda ms del 20% del
informe.
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SODIO.
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ZINC
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COBRE
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PLATINO
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CALCIO
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MATERIAL DESCONOCIDO
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