procedimiento_efecto_fotoelectrico

UNIVERSIDAD DE CARABOBO
FACULTAD DE INGENIERÍA
DEPARTAMENTO DE FÍSICA
LABORATORIO II DE FÍSICA
PRACTICA NO 12.
EFECTO FOTOELÉCTRICO
OBJETIVOS
1. Analizar el efecto que produce un fotón, como partícula
energética sobre el electrón de un átomo.
2. Estudiar la transformación de energía lumínica en energía
eléctrica, basado en el efecto fotoeléctrico.
3. Describir el efecto que se obtiene al pasar diferentes
intensidades de una misma línea espectral de luz sobre la
máxima energía de los fotones.
4. Describir el efecto que las diferentes longitudes de onda
tienen sobre el potencial de frenado y así sobre la energía
máxima de los fotoelectrones
5. Analizar el fenómeno de la luz desde el punto de vista
ondulatorio y cuántico.
6. Determinar cual estas dos teorías sobre la luz, explica el
fenómeno fotoeléctrico
7. Determinar los parámetros: porcentaje de transmisión y
potencial de frenado, para cada longitud de onda de un
espectro de líneas.
8. Calcular eI valor de la constante de Plank.
9. Determinar la función trabajo del fototubo mediante análisis
de gráficas.
10. Aplicar los conocimientos, adquiridos en Laboratorio I de
Física, para el manejo de errores y trazado de gráficas.
11. Analizar los resultados de un experimento.
12. Elaborar informes de laboratorio.
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LABORATORIO II DE FÍSICA
PRACTICA NO 12
INTRODUCCIÓN
En esta sesión se estudia la luz como partícula a través del análisis del efecto fotoeléctrico.
PRE - LABORATORIO
1. Consulte en Libros de Física, sobre los siguientes aspectos:

Antecedentes históricos sobre filósofos, físicos y/o científicos y las diferentes
teorías propuestas para explicar el fenómeno de la luz.

Cuantización y constante de Planck.

Emisión y absorción de la luz

Emisión termoiónica

Efecto fotoeléctrico

Espectro de líneas

Niveles de energía

Experimento de la doble ranura.

Partículas como ondas. Difracción del electrón.

Láser.

Rayos X.
2. Una superficie fotoeléctrica tiene una función trabajo de 4,00 eV ¿Cuál es la velocidad
máxima de los fotoelectrones emitidos si la frecuencia de la luz incidente es 3x1015 Hz?
3. La función trabajo de una superficie de potasio es de 2,0 eV. Si sobre el mismo incide
luz de 360 nm de longitud de onda. Determine:
 Potencial de frenado
 Energía cinética en electronvolts de los electrones más energéticos extraídos,
 La velocidad de esos electrones
4. ¿Cuánto variará el potencial de frenado de los fotoelectrones emitidos por una
superficie si la longitud de onda de la luz incidente se reduce de 400 nm a 360 nm.
5. Cuando se ilumina determinada superficie fotoeléctrica con luz de diferentes longitudes
de onda, se observan los potenciales de frenado que se indican a continuación:
Longitud de Onda
(), nm
366
405
436
492
546
579
Potencial de
frenado (V)
1.48
1.15
0.93
0.62
0.36
0.24
Grafique la curva del potencial de frenado en función de la frecuencia de la luz y
determine:
 Frecuencia umbral
 Longitud de onda umbral
 Función Trabajo del material
 Valor de la constante de Planck, conocido el valor de la carga del electrón.
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PRACTICA NO 12
LABORATORIO
EXPERIMENTO N0 1. ANÁLISIS DEL EFECTO FOTOELÉCTRICO.
MATERIALES Y EQUIPOS
-
Equipo para el Efecto Fotoeléctrico. Módulo Detector - Módulo Emisor.
-
Fuente de Luz de Mercurio (Hg).
-
Filtros de Transmisión Variable.
-
Filtros de Luz verde y amarilla,
-
lente y red de Difracción
-
Voltímetro
-
Cronómetro.
-
Cables
DIAGRAMA DE MONTAJE:
Protector
Cilíndrico
Deslizable
Abertura
Switch de
Descarga
Lente y
Red de
Difracción
Pantalla
Blanca
Rendija
Barras de
Enfoque
Módulo Detector
Módulo Emisor
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PRACTICA NO 12
PROCEDIMIENTO
ACTIVIDAD NO 1: INSTALACIÓN DEL EQUIPO.
1. Realice el montaje de la figura 1.
2. Encienda la Lámpara de mercurio y déjela encendida unos minutos antes de comenzar las
mediciones.
3. Alinee el montaje ajustando la posición del módulo emisor y del módulo detector hasta lograr
enfocar un color de la lámpara hacia la ranura de la pantalla blanca.
4. Retire el cilindro protector de luz para que el fototubo del aparato quede expuesto.
5. Rotando el módulo detector, vuelva a alinear el montaje hasta que la misma luz que pasa a
través de la abertura de la pantalla blanca, caiga exactamente en las ventanas del fototubo.
Verifique que por la abertura de la pantalla blanca pasa una sola línea espectral (Un solo
color).
6. Si es necesario, deslice la lente de enfoque hasta obtener una imagen nítida, del haz de luz
sobre la cara del fototubo.
7. Regrese cuidadosamente el cilindro protector de luz a su lugar.
8. Conecte el voltímetro digital, tomando en cuenta que la polaridad del voltímetro concuerde con
las señaladas en el módulo detector.
ACTIVIDAD NO 2: TOMA DE DATOS.
1. Para variar la intensidad de luz que llega al fototubo coloque el filtro de porcentaje de
transmisión variable en la pantalla blanca.
Para evitar que el efecto de los colores de otros órdenes interfieran cuando se trabaja con
los colores amarillo o verde, se debe colocar también sobre el filtro de transmisión variable,
el filtro respectivo del color utilizado.
2. Espere que la lectura del voltímetro se estabilice, llamemos a este valor “Potencial de
Frenado”. Vfrenado. Tenga en cuenta que para valores pequeños del porcentaje de
transmisión, el tiempo que tarda en cargarse el fototubo ( Condensador ) puede ser hasta
dos minutos.
Antes de medir el Potencial de Frenado descargue el fototubo con el botón de descarga
del módulo detector.
3. Se repiten los pasos anteriores para diferentes secciones del filtros de transmisión (100%,
80%, 60%, 40% y 20%) y se completa la tabla siguiente, para cada color:
4. Con la expresión ƒ=c/‫ג‬. Halle la frecuencia para cada uno de los colores. ‫ ג‬se obtiene de la
tabla anexa al final. Para determinar cual es la línea ultravioleta use el anime suministrado.
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PRACTICA NO 12
COLOR
( Frecuencia )
% TRANSMISIÓN
POTENCIAL DE
FRENADO [V]
100
ULTRAVIOLETA
80
60
ƒ=
40
20
100
VIOLETA
80
60
ƒ=
40
20
100
AZUL
80
60
ƒ=
40
20
100
VERDE
80
60
ƒ=
40
20
100
AMARILLO
ƒ=
80
60
40
20
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PRACTICA NO 12
ACTIVIDAD N0 3: GRÁFICA DE POTENCIAL DE FRENADO vs INTENSIDAD
DE LUZ.
Tomando los valores de la tabla anterior, trace el Potencial de frenado vs. la intensidad ( % de
transmisión ). Use la cuadrícula siguiente y represente los datos como cinco curvas distintas,
cada una correspondiente a cada color ( Frecuencia ).
1. Escriba sus conclusiones y observaciones:
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PRACTICA NO 12
ACTIVIDAD N0 3. TRAZADO DE LA CURVA DE POTENCIAL DE FRENADO vs
FRECUENCIA DEL ESPECTRO DE LUZ.
1. Utilizando la longitud de onda, que se encuentra en la tabla anexa, para cada color, calcule la
frecuencia y llene la tabla siguiente con los valores experimentales obtenidos en la tabla 1 para el
100% de transmisión. Realice la gráfica de potencial de frenado en función de la frecuencia.
2. Determine, a partir del gráfico, el valor de la Función Trabajo del fototubo.
3. Determine, a partir del gráfico, la relación h/e y su error. Compárela con el valor reportado en los
textos: h = 6,6261 x 10-34 J s; e = 1,6022 x 10-19 C.
4. Escriba sus conclusiones y observaciones.
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PRACTICA NO 12
TABLA ANEXA. Espectro de emisión de una lámpara de vapor
de mercurio.
Para calcular la frecuencia use la ecuación f = c /. Donde c es la velocidad de la luz en el
vacío.
[nm]
253.6
257.0
259.3
265.0
270.0
276.0
281.0
289.4
296.0
302.0
313.0
334.1
Intensidad
[W/(nm.sr)]
1900
100
33
580
140
70
190
140
700
770
2600
230
Color
ULTRAVIOLETA
ULTRAVIOLETA
ULTRAVIOLETA
ULTRAVIOLETA
ULTRAVIOLETA
ULTRAVIOLETA
ULTRAVIOLETA
ULTRAVIOLETA
ULTRAVIOLETA
ULTRAVIOLETA
ULTRAVIOLETA
ULTRAVIOLETA
365.5
3600
ULTRAVIOLETA
390.6
25
VIOLETA
404.7
1800
VIOLETA
407.8
160
VIOLETA
435.8
2900
VIOLETA
491.6
16
AZUL
546.1
578.0
3000
1100
VERDE
AMARILLO
690.7
27
ROJO
POST LABORATORIO
Elabore el informe de práctica, conteniendo:
1. ¿Cuál es el significado de la Función Trabajo?
2. ¿Porqué el Tiempo de carga del fototubo aumenta al disminuir la Intensidad?
3. ¿Cuál es la relación entre la frecuencia umbral y la función trabajo de la superficie
del fototubo?
4. Al analizar el efecto fotoeléctrico, ¿Cómo se puede asegurar que cada electrón
absorbe solo un fotón?.
5. Explique en pocas palabras como se aplica el efecto fotoeléctrico en el
funcionamiento de los siguientes equipos: El ojo electrónico de un ascensor, el
medidor de luz de un fotógrafo (exposímetro), la banda sonora de una película
fotográfica.
6. La piel humana es dañada por la radiación ultravioleta. ¿Tiene algo que ver con el
efecto fotoeléctrico?. Explique.
7. Considerando la energía de los fotones explica por que los rayos X son mucho
más penetrantes que la luz visible.
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