Efecto Fotoeléctrico - Olimpiadas Colombianas

Efecto Fotoeléctrico
Cuando la luz incide en una superficie metálica puede causar la emisión de electrones (llamados
fotoelectrones). La luz débil (baja intensidad) no causa la emisión de electrones con menor energía
cinética que luz más brillante (mayor intensidad).
La luz causa
emisión de
electrones
Más luz emite
más electrones
con la misma
energía cinética
Menos luz: menos electrones,
pero con la misma energía
cinética
El sodio y unos pocos metales manifiestan el efecto fotoeléctrico con luz visible, pero la mayoría no
manifiestan este efecto hasta que se use luz ultravioleta. Todos los metales necesitan una longitud
de onda mínima.
La luz roja no es capaz de desprender
electrones de la mayoría de superficies;
la luz verde puede hacer emitir electrones
con poca energía cinética de algunos metales;
radiaciones como la luz ultravioleta y
los rayos x desprenden electrones con mucho
mayor energía cinética.
Velocidad
de la luz
Longitud
de onda
Frecuencia
c=lf
Luz infraroja
l
Prisma
Para un metal en particular y
un color de la luz los electrones
son emitidos con la misma
energía cinética.
Los electrones son emitidos con
mayor energía cinética con luz
azul que si se usa luz verde.
Luz ultravioleta
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Frecuencia aumenta
Longitud de onda aumenta
Luz blanca
EXPLICACION
Un átomo absorbe
un cuanto de energía.
Se emite
un electrón.
El efecto fotoeléctrico era un enigma hasta que Einstein aplicó la teoría cuántica. Un electrón
absorbe un cuanto de luz, consume parte de esa energía en escapar de su propio átomo y sus
vecinos y escapa con la energia restante en forma de energia cinética.
Frecuencia
ENERGIA CINETICA = E - E0 = hf - E0
Energía que traía
el cuanto de luz (fotón)
Constante de Planck
Energía necesaria para
liberar el electrón
Desde este punto de vista, todos los fotoelectrones deben emerger en principio con la misma energía
para luz de un solo color. La mayoria de materiales poseen E0 mayor que la de un cuanto de luz azul.
Planck estableció la teoría cuántica que establecía que los atomos irradian energía en forma de
cuantos, algo así como paquetes de energía.
ENERGIA DEL CUANTO = hf
Eintein fue más allá proponiendo que la radiación electromágnetica en sí debe componerse de
cuantos. Esto fue en 1905, el año en que también publicó su teoría del movimiento browniano y la
teoría especial de la relatividad! La propuesta de Einstein permitía tomar estos cuantos como
pequeñas partículas. Para enfatizar este aspecto estos cuantos fueron llamados fotones con lo
que se destaca el aspecto de partícula para la radiación. Los fotones viajan con la velocidad de la
luz y poseen cero masa de reposo (y nunca están en reposo). En movimiento ellos poseen una
masa tal que
mc2 = hf
(ENERGIA = ENERGIA!)
y MOMENTUM = mc = ENERGIA/c = hf/c
Así que la radiación es un “chorro” de fotones cada uno con MASA, MOMENTUM y ENERGIA (hf)
viajando cada uno con la velocidad de la luz c.
El fotoefecto tiene una aplicación extensa: celdas fotoelectricas, semiconductores,
paneles solares, fotoresistencias, etc. Incluso parece ser, que de manera mas compleja
nuestro propio ojo hace uso de este efecto.
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Gráficas cualitativas comúnmente obtenidas
en un experimento de efecto fotoeléctrico.
V- potencial aplicado,V0 –potencial de frenado, f - frecuencia de la luz incidente, f0−
frecuencia de corte, i- intensidad de la corriente en el circuito, E- energía cinética de los
electrones, I - intensidad de la luz incidente.
A medida que aumenta la frecuencia y, por tanto, la energía
del fotón incidente ( E = hf ) el potencial necesario para
frenar los electrones extraídos es mayor, indicando un
aumento de la energía cinética de los mismos, de acuerdo
con la ecuación de Einstein. Al valor f0 de la frecuencia para
el cual v = 0 y, por tanto, la energía cinética de los
electrones es nula, se le conoce como frecuencia de corte.
V
f0
f
i
V0
V
Dependencia de la intensidad de la corriente
registrada en el circuito con el potencial aplicado.
Cuando el potencial se hace negativo comienza a
disminuir la corriente debido a que los electrones
están siendo frenados, hasta que para un valor V0
la corriente es cero, indicando que todos los
electrones han sido frenados. A este valor V0 del
potencial se le conoce como potencial de frenado.
E
La gráfica muestra que la energía cinética de
los electrones no depende de la intensidad de
la luz incidente (de la amplitud de la onda).
I
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