UnADMxicoFISICA
FACILITADOR: ENRIQUE FIERRO HERNANDEZGRUPO: TM-FIS1-1302-002
UNIDAD 4ACTIVIDAD 4. PRACTICA 3. Modelo de un sistema de
Partculas
Equipo 2
Hctor Aguilar Macas al11502711 @unadmexico.mxMiguel de Jess
lvarez cruz [email protected] Edmundo pavn Galindo
[email protected] Carlos Gonzlez padilla
[email protected] Chvez Garca
[email protected] Andrs Almada Hernndez
[email protected] Prez Crdova
[email protected] Castro Mendoza
[email protected] Manuel Gonzlez Katt
[email protected] Alberto Caldern Rocher
[email protected]
EFECTO FOTOELECTRICO
Se llama efecto fotoelctrico la liberacin (total o parcial) de
los electrones de enlaces con tomos y molculas de la sustancia bajo
accin de la luz (visible, infrarroja y ultravioleta).Si los
electrones salen fuera de la sustancia el efecto fotoelctrico se
denomina externo. El efecto fotoelctrico se observa en los
metales.La fig.1 muestra un recipiente provisto de una ventanilla
de cuarzo que es transparente para la radiacin ptica. Dentro del
recipiente se encuentra una placa metlica K (ctodo), conectada al
polo negativo de la pila, y una placa A (nodo), conectada al polo
positivo de la pila. Al iluminarse la placa K, entre sta y la placa
A se produce una corriente (corriente fotoelctrica) que puede
medirse con el galvanmetro G. Como en el recipiente existe un vaco,
la corriente se produce exclusivamente por los electrones
(fotoelectrones) que se desprenden de la placa iluminada
Hay tres caractersticas fundamentales del efecto
fotoelctrico.
1. La corriente fotoelctrica de saturacin (o sea, el nmero mximo
de electrones liberados por la luz en 1 s) es directamente
proporcional al flujo luminoso incidente. 2. La velocidad de los
fotoelectrones crece con el aumento de la frecuencia de la luz
incidente y no depende de su intensidad.
3. Independientemente de la intensidad de la luz el efecto
fotoelctrico comienza slo con frecuencia mnima determinada (para el
metal dado) de la luz que se denomina frecuencia de corte o umbral.
En las imgenes se muestra la grfica de la corriente fotoelctrica en
funcin de la diferencia de potencial V entre las placas A y K. La
intensidad de la corriente fotoelctrica, cuando la composicin y la
intensidad de la luz incidente sobre la placa K permanecen
constantes, depende de la diferencia de potencial V que existe
entre las placas A y K. En esta grfica se observa dos
particularidades: 1) al aumentar la diferencia de potencial V la
corriente fotoelctrica llega a la saturacin y 2) existe un valor de
la diferencia de potencial retardadora (potencial retardador) V0
llegando a la cual cesa la corriente i.
La corriente fotoelctrica alcanza un valor lmite is (la
corriente de saturacin) para el cual todos los fotoelectrones
desprendidos del ctodo llegan hasta la placa A. La prctica
demuestra que con el aumento de la intensidad de la luz incidente
aumenta tambin la corriente de saturacin, pero solamente a causa de
que son emitidos ms electrones. La intensidad de la luz incidente
para la curva 2 es mayor que para la curva 1. Como la corriente i =
en, donde n es el nmero de electrones arrancados en la unidad de
tiempo, se deduce que el nmero de electrones arrancados en la
unidad de tiempo aumenta con el aumento de la intensidad de la luz
incidente. La parte ab de la curva indica, que aunque se invierte
la polaridad de la diferencia de potencial, la corriente
fotoelctrica no se reduce instantneamente a cero, lo que hace
deducir que los electrones emitidos por la placa K tienen una
determinada velocidad inicial. Estos electrones dejan de llegar a
la placa A cuando el trabajo del campo elctrico eV0, que frena a
los electrones, se hace igual a su energa cintica inicial (la
energa cintica mxima).
Ec,mx= (m2)/2.
Las tres caractersticas mencionadas anteriormente se interpretan
fcilmente, basndose en la teora cuntica de la luz. Einstein demostr
que todas las regularidades fundamentales del efecto fotoelctrico
se explican directamente si se admite que la luz es absorbida en
las mismas porciones (cuantos) E = h en que, segn Planck, es
emitida. Cuando un fotn choca con un electrn en la superficie o en
un punto interior infinitamente prximo a la superficie de un metal,
puede transmitir su energa al electrn. Despus del choque con el
electrn el fotn desaparece. La energa adquirida por el electrn se
gasta en el trabajo necesario para arrancar el electrn (E0) y en
comunicarle una energa cintica (m2)/2. De acuerdo con la ley de la
conservacin de la energatendremos que
Esta es la frmula de Einstein. Expresando la energa cintica del
electrn por medio del trabajo del campo elctrico [la frmula (1)],
se puede escribir la frmula de Einstein de la forma:
h = eV0 + E0.
De esta ltima igualdad se deduce que
Esta frmula es la expresin analtica de de la grfica V0 = f()
[fig.3]. El hecho de que la energa cintica de los fotoelectrones es
funcin lineal de la frecuencia se deduce de la hiptesis segn la
cual la absorcin de la luz se realiza en porciones (cuantos) de
energa E = h.De la misma forma se explica la proporcionalidad que
existe entre la corriente de saturacin y la potencia de la luz que
incide. Al aumentar la potencia del flujo luminoso aumenta tambin
el nmero de porciones de energa (cuantos) E = h y por consiguiente
el nmero n de electrones arrancados en la unidad de tiempo. Como is
es proporcional a n, est claro que la corriente de saturacin es
tambin proporcional a la potencia de la luz..Desarrollo Terico
Desarrollo: Los pasos seguidos para realizar la prctica fueron
los siguientes:
1. Se descargo y corri la simulacin
ejs_efectofotoelectricoF.jar2. Se modificaron los parmetros de la
simulacin para observar la relacin entre el voltaje, la corriente y
la longitud de la onda de la luz incidente.3. Se encontr la
frecuencia incidente mxima para la cual no se arrancan electrones
del metal para poder identificar la funcin del trabajo del Sodio.4.
Se determino la frecuencia mxima para la cual no se arrancan
electrones del metal para determinar la funcin de trabajo del metal
desconocido.5. En base a la funcin de trabajo determinada para el
metal desconocido se investig en fuentes confiables la funcin de
trabajo encontrada para determinar cual es el metal desconocido.6.
Se investig cual sera la tecnologa utilizada para aprovechar los
rayos solares en el espacio exterior.Datos:
Figura 1. Frecuencia para la funcin de trabajo del sodio.
Figura 2. Frecuencia de la funcin de trabajo del metal
desconocido.Anlisis de datos: Relacin entre el voltaje, la
corriente y la longitud de onda. Si la frecuencia (la longitud de
onda para la luz es la velocidad de la luz dividida entre la
frecuencia) de la fuente de luz es mayor a cierto valor, Figura 1 y
Figura 2, los electrones son arrancados y forman una corriente que
se mide en miliamperios, dichos fotoelectrones tambin tienen una
energa cintica si la energa de la luz emitida es mayor que la
funcin del trabajo. Pero si los electrones arrancados son sujetos a
cierto voltaje pueden ser detenidos y no alcanzar la placa, con lo
que la corriente se detiene en el circuito.
Funcin de trabajo del Sodio.Usando la ecuacin (1) y el dato de
la frecuencia de la figura 1, se puede calcular la funcin de
trabajo del Sodio.
Relacin de la longitud de onda con la funcin de trabajo.Usando
la ecuacin (1) y la relacin entre la longitud de onda y la
frecuencia
Haciendo la sustitucin obtenemos, la relacin de la longitud de
onda con la funcin de trabajo
Funcin de trabajo del metal desconocido.Usando la ecuacin (1) y
el dato de la figura 2, se determina la funcin de trabajo del
elemento desconocido.
Resultados:Elemento(s-1) (eV)
Sodio
2.2729
Desconocido (Cesio)
2.0990
Identificacin del metal desconocido.De acuerdo a lo investigado
(Vaxa Software, 2012). El metal desconocido es el Cesio (Al
redondear el resultado obtenido a una cifra significativa, ya que
en la tabla de Vaxa Software se menciona que la funcin de trabajo
del Cesio es 2.14 eV), de hecho las instrucciones de la prctica
hacen referencia al primer metal como Cesio, pero queda claro en la
figura 1, que el metal conocido es el Sodio (Sodium).Uso de los
rayos del sol para producir energa elctrica en el espacio
exterior.En el espacio exterior as como en la superficie de la
tierra los dispositivos para convertir la energa solar a energa
elctrica son los paneles solares, y son los que se utilizan en los
satlites artificiales para recargar las bateras que les permiten
operar en el espacio exterior.
Conclusiones
El resultado del efecto fotoelctrico como ya dijimos es la
emisin de electrones en la superficie de un metal alcalino cuando
inciden sobre l las radiaciones de la luz (visibles y
ultravioletas. Tenemos como resultado que la luz natural como la
ultravioleta est cargada de electrones y que es una fuente de
energa natural.El efecto fotoelctrico se produce cuando la
frecuencia de la radiacin es superior a un valor lmite que se llama
umbral fotoelctrico, se ha podido comprobar que las partculas
emitidas por los metales tienen la carga y la masa de los
electrones y son iguales cualquiera que sea el metal empleado en la
experiencia.
Bibliografahttp://es.wikipedia.org/wiki/Efecto_fotoel%C3%A9ctricoFsica
Volumen 2 (2002). Robert Resnick, David Halliday, Kenneth S. Krane,
5 Edicin. Grupo Patria Cultural. ISBN: 970-24-0326-X.Fsica moderna
(2007). Norma Esthela Flores Moreno, Jorge Enrique Figueroa
Martnez. Pearson Education, ISBN: 9702607892
