INFORME FISICA III

Tema: Efecto Fotoelectrico

Integrantes:

- Eddy Ibarra

- Jefferson Parra

NRC: 4500

Fecha de Entrega: 2014-06-04

Profesor: Ing. Washington Chamorro

OBJETIVO:

Determinación experimental de la constante de Planck.

TEORÍA:

La luz, con una longitud de onda suficientemente pequeña, puede liberar

electrones del metal, cuya energía cinética 12mv2

, depende de la frecuencia de luz.

De donde se sigue la relación de Einstein:

1) hγ=12mv2+ϕ

En donde: ϕ es el trabajo de extracción

v es la velocidad de los electrones

γ es la frecuencia de la luz incidente

La fotocorriente, disminuye cuando se aumenta la tensión de frenado. Será nula, si el potencial de frenado U 0 es tan grande que los electrones más rápidos liberados, no pueden alcanzar el electrodo positivo o ánodo.

Entonces, se tiene:

2) eU 0=12mv2

Donde: e es la carga del electrón.

Si combinamos 1) y 2), se tiene:

hγ=ϕ+e U 0

h=eU 0

γ

h=e (U 02−U 01 )γ 2−γ 1

ϕ es la constante que depende del material sensible a la luz, no varía con la frecuencia, se elimina midiendo U para 2 frecuencias diferentes.

LÍNEAS ESPECTRALES DE MERCURIO

Amarillo λ=578 nm γ = 5.19x1014 Hz

Verde λ=546 nm γ = 5.50x1014 Hz

Verde-Azul λ=492 nm γ = 6.10x1014 Hz

Violeta(1) λ=436 nm γ = 6.88x1014 Hz

Violeta(2) λ=405 nm γ = 7.41x1014 Hz

EQUIPO:

Amplificador de medida Miliamperímetro Voltímetro Bancos ópticos Lámpara de mercurio Fuente de alimentación para la lámpara Lente f = + 50 mm Rendija variable Objetivo de proyección f = + 150 mm Prisma de visión directa Lente f = 200 mm Célula fotoeléctrica Acumulador de Ni- Cd Fuente de alimentación para la célula Reóstato de 320 ohmios Material de montaje Conductores

PROCEDIMIENTO:

Se utilizará luz espectral pura. Esta se obtiene con ayuda de la lámpara de mercurio, en combinación con el prisma de visión directa, la rendija variable y con lentes apropiados. Con éste método, la mejor descomposición espectral de la luz, produce intensidad de luz muy baja sobre el fotocátodo.

La luz de la lámpara de mercurio debe proyectarse claramente sobre la rendija y la última, por su parte, sobre el lente f = + 200mm. Por medio de este lente, el área de emisión del prisma de visión directa es reproducida nítidamente en la célula fotoeléctrica.

Delante de este lente se coloca un cartón con una ranura pequeña, de manera que, al desplazarla, las diferentes líneas espectrales sean reproducidas en secuencia sobre la célula fotoeléctrica.

Cada vez, se aplica mediante el reóstato un potencial de frenado Uno gradual, por lo que, la fotocorriente que indica el miliamperímetro, se hace igual a cero. Previo a cada medición, caliente durante 1 segundo el ánodo.

Determine y anote este potencial de frenado U 0 para cada línea espectral, por lo menos cinco veces en cada caso, con el objeto de obtener un valor medio.

TABULACIÓN DE DATOS:

Con los datos medios anotados, elabore el siguiente cuadro de valores:

Color λ (nm) γ (THz) E (eV) ϕ (eV) K (eV) U0 (v)Amarillo 578 519 2.1 2.3Verde 546 549 2.3 2.1 0.1 0.1Violeta 436 688 2.8 2.1 0.7 0.7(ultra violeta) UV (1)

365 821 3.4 2.1 1.3 1.3

(ultra violeta) UV (2)

254 1180 4.9 2.1 2.7 2.7

Color de la luz   Amarillo verde violeta UV (1) UV (2)

Frecuencia de la luz γ

s-1

5.19x1014 5.49x1014 6.88x1014 8.21x1014 1.18x1015

Potencial de frenado U 0

V0.8

0.1 0.7 1.3 2.7

Pendiente física del gráfico

V.s    4.12 x10−15    

Constante h de Planck

W.s²    6.602 x10−15    

PREGUNTAS:

A.-Grafique Potencial de frenado – Frecuencia de la luz y analice. Ajuste previamente los datos por mínimos cuadrados.

4.00E+14 6.00E+14 8.00E+14 1.00E+15 1.20E+15 1.40E+150

0.5

1

1.5

2

2.5

3

frecuencia de la luz(γ)

pote

ncia

l de

fren

ado

(U0)

ANÁLISIS:

Pendiente f í sica del gr á fico=(U 02−U 01 )γ 2−γ 1

Pendiente f í sica del gr á fico=(2.7−0.1 )

1.18 x1015−5.49x 1014

Pendiente f í sica del gr á fico= 2.6

6.31 x1014

Pendiente f í sica del gr á fico= 2.6

6.31 x1014

Pendiente f í sica del gr á fico=4.12 x10−15 v . s

h=e (U 02−U 01 )γ 2−γ 1

h=1.6022 x10−19 (2.7−0.1 )1.18 x1015−5.49 x1014

h=6.602x 10−34W .s2

B.-Averigüe cual es la Constante de Planck y admitiendo dicho valor como el más probable, determine el error porcentual cometido al obtener experimentalmente esta constante.

hteórica=6.626 x10−34 J . s

hexperimental=6.602 x10−34 J . s

error (%)=hteórica−hexperimental

hteóricax100

error (%)=6.626 x10−34 J . s−6.602 x10−34 J . s6.626 x10−34 J . s

x 100

error (% )=0.36 %

C.-Explique mecanismos en los que se ha utilizado el fenómeno fotoeléctrico, relacionados con su carrera profesional.

El efecto fotoeléctrico es la base de la producción de energía eléctrica por radiación solar y del aprovechamiento energético de la energía solar.

El efecto fotoeléctrico se utiliza también para la fabricación de células utilizadas en los detectores de llama de las calderas de las grandes centrales termoeléctricas. 

D.-De que manera los estudios iniciados por Max Planck, modificaron la concepción física de la naturaleza.

La hipótesis cuántica de Planck supuso una revolución en la física del siglo XX, e influyó tanto en Einstein (efecto fotoeléctrico) como en N. Bohr (modelo de átomo de Bohr). El primero concluyó, en 1905, que la única explicación válida para el llamado efecto fotoeléctrico consiste en suponer que en una radiación de frecuencia determinada la energía se concentra en corpúsculos (cuantos de luz,

conocidos en la actualidad como fotones) cuyo valor es igual al producto de la constante de Planck por dicha frecuencia. Sus trabajos fueron reconocidos en 1918 con la concesión del Premio Nobel de Física por la formulación de la hipótesis de los cuantos y de la ley de la radiación.

Los descubrimientos de Planck, que fueron verificados posteriormente por otros científicos, fueron el nacimiento de un campo totalmente nuevo de la física, conocido como mecánica cuántica y proporcionaron los cimientos para la investigación en campos como el de la energía atómica. Reconoció en 1905 la importancia de las ideas sobre la cuantificación de la radiación electromagnética expuestas por Albert Einstein, con quien colaboró a lo largo de su carrera.

CONCLUSIONES:

-Cada metal requiere, para que se produzca la extracción, una radiación de una frecuencia mínima (γ 0). Otra radiación de menor frecuencia no será capaz de arrancarle electrones. Por debajo de la frecuencia mínima “i” será cero (no hay efecto fotoeléctrico).

-La energía cinética de los electrones emitidos depende de la frecuencia de la radiación incidente y de la posición que ocupe ese electrón que va a ser extraído en el metal.

hγ -hγ 0 = 12mv2

La energía incidente menos el trabajo de extracción es igual a la energía cinética del electrón extraído.

BIBLIOGRAFÍA:

M. García, J. Ewert, Introducción a la física moderna, Tercera edición, Universidad

Nacional De Colombia, 2008.

Sears; Zemansky; Young; Freedman, Física Universitaria. Volumen 2. Ed.

Pearson, 11ª edición, 2004.

Planck, Max, "La distribución de la energía en el espectro visible". Annalen der Physik, vol. 4, p. 553 ff (1901).

http://www.portalplanetasedna.com.ar/planck.htm