UNIVERSIDAD ABIERTA Y A DISTANCIA DE MEXICOUNADMX

INGENIERIA EN LOGISTICA Y TRANSPORTE

Facilitador:Victor Manuel Velasco Gallardo

Materia:Física

Alumno: Marco Antonio López ArellanoMatricula: AL12502396

Trabajo:

Practica 3. Efecto Fotoeléctrico.

Valle de Chalco, México a 6 de septiembre del 2013

Introducción:

Se conoce como efecto fotoeléctrico al fenómeno de la liberación de electrones por parte de los átomos como consecuencia de recibir un haz de luz. Fue descubierto por Heinrich Hertz en 1887, al observar que el arco que salta entre dos electrodos conectados a una alta tensión alcanza una distancia mayor cuando se ilumina con luz ultravioleta.

Einstein lo pudo explicar de manera teórica en 1905, mediante la conceptualización del haz de luz como compuesto por paquetes de energía, conocidos como fotones, que chocan contra un electrón en la superficie de un metal, transmitiéndole el fotón la energía suficiente al electrón para que escape de la acción del núcleo del átomo y se vuelva un electrón de conducción.

Modelo teórico:En 19065, mediante el uso de los nuevos conceptos de la mecánica cuántica, Einstein supuso

que la radiación incidente consistía en paquetes de energía localizada que viajaba con la velocidad de la luz (Física moderna, 2007). Desarrollando la teoría del efecto fotoeléctrico. Los fotones al caer sobre una superficie metálica puede suceder lo siguiente:

1. Los fotones son reflejados de acuerdo a la teoría de la óptica ondulatoria.

2. Los fotones desaparecen al ceder la totalidad de su energía para arrancar los electrones.

En 1914, Millikan efectuó la primera determinación de la constante de Plank, el valor aceptado de dicha constante es:

Los principios básicos que rigen al efecto fotoeléctrico son los siguientes (Física Moderna, 2007):

1. No hay emisión de electrones si la frecuencia de la luz incidente cae por debajo de la

frecuencia umbral , que es característica del metal iluminado.

2. El efecto se observa si la frecuencia de la luz excede la frecuencia umbral, y el número de fotoelectrones emitidos es proporcional a la intensidad de la luz; sin embargo, la energía cinética máxima de los fotoelectrones es independiente de la intensidad de la luz, lo cual es posible explicar con los conceptos de la física clásica.

3. La energía cinética máxima de los fotoelectrones se incrementa con el aumento de la frecuencia de la luz.

4. Los electrones de la superficie se emiten casi de manera instantánea, incluso a bajas intensidades.

Según Einstein la energía de los electrones liberados es:

11\* MERGEFORMAT ()

En donde es la energía del fotón. La ecuación establece que el fotón transporte una

energía hacia la superficie. Parte de esta energía ( función trabajo) es la energía mínima que se utiliza para que el electrón pase a través de la superficie del metal. El resto de la energía se comunica al electrón en forma de energía cinética.

La función trabajo del metal representa la energía mínima con la cual el electrón esta ligado al metal.

La función trabajo para algunos metales es:

Metal

Na 2.28

Al 4.08

Cu 4.70

Zn 4.31

Ag 4.73

Pt 6.35

Fe 4.5

Desarrollo:

Los pasos seguidos para realizar la práctica fueron los siguientes:

1. Se descargo y corrió la simulación ejs_efectofotoelectricoF.jar

2. Se modificaron los parámetros de la simulación para observar la relación entre el voltaje, la corriente y la longitud de la onda de la luz incidente.

3. Se encontró la frecuencia incidente máxima para la cual no se arrancan electrones del metal para poder identificar la función del trabajo del Sodio.

4. Se determino la frecuencia máxima para la cual no se arrancan electrones del metal para determinar la función de trabajo del metal desconocido.

5. En base a la función de trabajo determinada para el metal desconocido se investigó en fuentes confiables la función de trabajo encontrada para determinar cual es el metal desconocido.

6. Se investigó cual sería la tecnología utilizada para aprovechar los rayos solares en el espacio exterior.

Datos:

Figura 1. Frecuencia para la función de trabajo del sodio.

Figura 2. Frecuencia de la función de trabajo del metal desconocido.

Análisis de datos:

Relación 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 también tienen una energía cinética si la energía de la luz emitida es mayor que la función 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.

Función de trabajo del Sodio.

Usando la ecuación (1) y el dato de la frecuencia de la figura 1, se puede calcular la función de trabajo del Sodio.

Relación de la longitud de onda con la función de trabajo.

Usando la ecuación (1) y la relación entre la longitud de onda y la frecuencia

Haciendo la sustitución obtenemos, la relación de la longitud de onda con la función de trabajo

Función de trabajo del metal desconocido.

Usando la ecuación (1) y el dato de la figura 2, se determina la función de trabajo del elemento desconocido.

Resultados:Elemento (s-1) (eV)

Sodio 2.2729

Desconocido (Cesio) 2.0990

Identificación 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 función de trabajo del Cesio es 2.14 eV), de hecho las instrucciones de la práctica 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 energía eléctrica en el espacio exterior.

En el espacio exterior así como en la superficie de la tierra los dispositivos para convertir la energía solar a energía eléctrica son los paneles solares, y son los que se utilizan en los satélites artificiales para recargar las baterías que les permiten operar en el espacio exterior.

Conclusiones: Para arrancar electrones a un determinado metal se requiere una frecuencia mínima a

partir de la cual todas las que sean mayores también arrancaran electrones al metal.

Cada metal tiene su función de trabajo característica, la cual permite identificar de que metal se trata.

Gracias al efecto fotoeléctrico se puede convertir la energía luminosa en energía eléctrica que posteriormente puede ser aprovechada.

La ecuación que describe el efecto fotoeléctrico es lineal.

Bibliografía Física Volumen 2 (2002). Robert Resnick, David Halliday, Kenneth S. Krane, 5 Edición. Grupo Patria

Cultural. ISBN: 970-24-0326-X.

Física moderna (2007). Norma Esthela Flores Moreno, Jorge Enrique Figueroa Martínez. Pearson

Education, ISBN: 9702607892.

Función de trabajo del efecto fotoeléctrico. (2012) Vaxa Software. Recuperado el 31 de octubre de 2012 de www.vaxasoftware.com/doc_edu/qui/w_efe.pdf