laboratorio efecto fotoelectrico fisica moderna
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Efecto FotoelectricoFISICA MODERNA
ECCI 2014
Grupo 8CN
Camilo Andrés Rojas Chaparro
INTRODUCCION
El efecto fotoeléctrico (EF) consiste esencialmente en la eyección de electrones por un material fotosensible sólido (metálico, semiconductor o aislante) causada por la incidencia de una radiación electromagnética. Éste fenómeno fue descubierto por Hertz y Hallowachs a finales del siglo XIX al observar que una chispa entre dos electrodos saltaba más fácilmente cuando uno de ellos era iluminado.
En esta experiencia se utilizó un fototubo o fotocelda, consistente de un fotocátodo sensible y de un ánodo o colector. Si existe una diferencia de potencial entre el cátodo y el ánodo y se ilumina al cátodo, entonces se observa que fluye una corriente a través del tubo: los electrones son arrancados del cátodo (esto por el efecto fotoeléctrico) y son acelerados hacia el ánodo o son frenados dependiendo del signo del campo aplicado.
En general, las energías cinéticas de los fotoelectrones individuales que son eyectados para una frecuencia e intensidad de radiación fijas están distribuidas a lo largo de un rango desde cero hasta valores indefinidamente grandes. Sin embargo, el número relativo de electrones rápidos es muy pequeño y a partir de las investigaciones originales se concluyó que existía un máximo de energía cinética de emisión EM. En particular, se encontró que el máximo aparente de energía cinética era independiente de la intensidad de la radiación pero que era función de su frecuencia y del material del cátodo sensible (fotocátodo). Además, las curvas de distribución espectral de la emisión fotoeléctrica presentaban un umbral mínimo (también aparente) de frecuencia º0 de radiación a partir del cual la emisión fotoeléctrica era detectable.
JUSTIFICACION
El efecto fotoeléctrico consiste en la emisión de electrones por la superficie de un metal cuando luz
de energía suficientemente elevada incide sobre ella.
La distribución de la energía cinética de los electrones cubre un margen continuo desde 0 hasta una energía máxima. Experimentalmente se demostró que la energía máxima de los electrones arrancados (fotoelectrones) depende de la frecuencia de la radiación incidente según la expresión:
Tmax = Cte ( - 0)
Siendo 0 la frecuencia de la luz por debajo de la cual no se arranca ningún electrón y es característica del material. Se observó además que la distribución de energía de estos electrones no dependía de la intensidad de la luz incidente, es decir, luz muy intensa daba lugar a más fotoelectrones pero el valor medio de la energía de la distribución y su energía máxima es la misma para una determinada frecuencia. Este hecho, el efecto fotoeléctrico, se explicó dentro de la teoría cuántica de la radiación de Planck, aplicada a este caso por Einstein en 1905. Según ésta, la Cte. que aparece en la ecuación anterior es la constante de Planck, h, y se tiene que:
h = Tmax + h0
En la nueva hipótesis, el primer miembro representa la energía del cuanto de luz incidente, fotón, y h0 es la energía mínima del fotón necesaria para desalojar un electrón de la superficie (relacionada con la función de trabajo, dependiente del material, energía que liga a los electrones a la superficie).
Un experimento de este tipo se puede realizar colocando dos electrodos en un tubo en el que se ha hecho el vacío. Uno de los electrodos está formado por el material fotoeléctrico, que va a ser la superficie que será irradiada por la luz y que emitirá electrones (cátodo). El otro electrodo (ánodo) es otro material metálico. Aunque no se aplique una diferencia de potencial que atraiga electrones al ánodo, se observa en el amperímetro una corriente debida a los fotoelectrones que tengan energía suficiente para llegar a este electrodo. Para
determinar esta energía máxima se aplica una diferencia de potencial inversa a los electrodos (cátodo positivo y ánodo negativo). De esta forma, a medida que aumentamos la diferencia de potencial, llegan menos electrones al ánodo hasta que se alcanza un determinado potencial para el que no existe corriente circulando por el amperímetro. Este es el potencial de frenado (Vf), que podemos medir con un voltímetro. En estas condiciones se verifica:
e Vf = Tmax
y la ecuación (2) se puede escribir como:
Vf = (h/e) - (h/e)0
Realizando medidas para distintas frecuencias de la luz incidente, podemos obtener a partir de la ecuación (4) el valor de la constante de Planck y una estimación de la función de trabajo.
OBJETIVO
1. Para cada material (Sodio, Zinc, Cobre, Calcio "material X") determine la longitud de onda máxima a la cual se presenta efecto fotoeléctrico3. Determine la función trabajo de cada uno de los materiales4. Determine el potencial de frenado cuando la longitud de onda incidente es: 0.9λu, 0.8λu, 0.75λu, 0.5λu, siendo λu la máxima longitud de onda hallada en el numeral 2.
PROCEDIMIENTO
CONCLUSIONES
Los electrones eyectados por fotones cercanos a UV resultaron ser más difíciles de frenar (pues fue necesario aplicar un potencial desacelerante mayor para cortar la corriente) que aquellos iluminados por fotones de menor energía en la franja del rojo.
El número de fotoelectrones producidos por unidad de tiempo (y por herencia la fotocorriente) es proporcional a la intensidad de la radiación electromagnética incidente. Por lo tanto, a primera
vista la curva de iluminancia (cantidad de fotones emitidos a una dada frecuencia) de la lámpara incandescente utilizada debería ser considerada como un factor importante en la conformación final de las curvas de fotocorriente medidas.
Aun así, otros aspectos que pueden enmascarar los valores de V0 obtenidos son:
El estado de polarización.
El ángulo de incidencia.
La existencia de impurezas en el cátodo o en el ánodo.
La existencia de corrientes reversas del ánodo.