MATERIAL INFORMATIVO Programa de Estudios/Programa Experiencia Curricular: INGENIERIA DE SISTEMAS FÍSICA Contenido temático: EFECTO FOTOELECTRICO Docente: Tipo de Material Informativo GUIA DE LABORATORIO I. Sesión N°8 Semestre 2003-1 DRA. PATRICIA POMA OBJETIVOS: Al término del laboratorio los alumnos deberán estar en condiciones de: Constante de Planck h Dependencia del potencial de frenado respecto de la intensida de la radiaciónincidente II. FUNDAMENTO La emisión de electrones en un material alcalino por acción de la luz se denomina Efecto Fotoeléctrico. Por la explicación teórica de este fenómeno Albert Einstein recibió el premio Nóbel en 1921 y por su contribución experimental Robert Millikan lo obtuvo en 1923. En 1905, expuso una explicación que relaciona la forma como depende la emisión fotoeléctrica de la frecuencia de radiación. Einstein sugirió que los electrones libres en interacción con radiación electromagnética se comportan en la forma propuesta por Max Plank para los osciladores atómicos en relación con la radiación de cuerpo negro, según la cual, cada oscilador puede absorber o emitir una cantidad de energía discreta, o cuanto de energía, posteriormente llamado Fotón. La ecuación que proporciona la energía de un cuanto es E=hν (1) donde E es la energía absorbida o emitida en cada proceso, h es una constante de −34 proporcionalidad ( h=6,62 x10 J .s ) y ν es la frecuencia de radiación electromagnética. ν= c 8 λ , donde c=3×10 m/ s , es la velocidad de la radiación incidente y λ Por consiguiente la longitud de onda correspondiente. Para Einstein cuando un fotón incide sobre una superficie metálica alcalina puede transmitir energía suficiente a un electrón para que supere la barrera de energía potencial de la superficie y se libere del metal. La energía del Fotón hν debe ser mayor o igual a la función de trabajo w 0 la cual es la mínima energía que necesita un electrón para poder escapar del hν≥w ν 0= w0 h es llamada frecuencia umbral. Esta frecuencia 0 ; este caso, metal, es decir mínima es incompatible con la teoría ondulatoria, pues cualquiera que sea la frecuencia de radiación siempre ha de ser posible una emisión electrónica con una iluminación suficientemente intensa. Según la teoría clásica tenemos: 1 2 hν=w0 + mvmax 2 1 2 mvmax donde 2 es la energía cinética del electrón desprendido del metal. (2) La Energía de los electrones emitidos aumenta linealmente con la frecuencia, pero es independencia de la intensidad de la luz. Para efectos experimentales se emplea una fotocelda que se compone de una placa fotoemisiva llamado cátodo y un ánodo colector de carga. Cuando el cátodo se expone a la ν luz de frecuencia ν , mayor que la frecuencia umbral 0 , se produce una corriente en el circuito de la fotocelda que puede ser anulada parcial o totalmente por un potencial de ν frenado 0 aplicado al ánodo, tal que: 1 ev 0 = mv 2max 2 (3) De tal forma que cuando la corriente se hace igual a cero en el circuito de la fotocelda, la ecuación se transforma en la expresión: hν=w0 + eV 0 III. MATERIALES: Simulador Pasco https://student.pasco.com 22 Electromagnetic Radiation IV. PROCEDIMIENTO: (4) Esta hoja debe ser llenado por el grupo y firmada por su docente y escaneada subida al Blackboard. HOJA DE REPORTE Curso Apellidos y Nombres Obs. 1. FISICA 2. Grupo Horario: 3. 4 Fecha: / / 5. 6. Firma del Docente Responsable 1. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL a) En el simulador seleccionamos una muestra desconocida (user entered) b) Después elegiremos solve for frequency of incident ligth (frecuencia de la luz incidente) c) Luego escoja un potencial de frenado, para cada longitud de onda mencionada en la tabla 1. d) Luego grafique el potencial de frenado en función de la frecuencia de cada color (Tabla 1) TABLA 1: COLOR DE LA LUZ λ(nm ) Amarillo 578.0 Verde 546.074 Azul 435.835 Violeta 404.656 Ultravioleta 365.483 f =c / λ Potencial de Frenado 2. CUESTIONARIO 1. Encuentre la ecuación de la gráfica obtenida, y comparare con la ecuación (4) (Recuerde que el valor de la carga del electron es 1.60x 10-19 C.) 2. Compare el valor obtenido para h con el valor teórico. ν 3. De su gráfico determine la frecuencia umbral o de corte 0 y la función de trabajo ν la fotocelda. ¿Qué significado físico tiene 0 y w0 ? 4. Adjuntar una actividad realizada con simulador PheT sobre el tema trabajado en clase CONCLUSIONES w 0 de
