EL EFECTO FOTOELCTRICO

INTRODUCCION:Elefecto fotoelctricofue explicado porAlbert Einsteinen 1905 basndose en lateora de los cuantos de Planck, hallazgo que le fue recompensando con elpremio nobel de fsica de 1921.Su descubrimiento fundamentael funcionamiento de lasclulas fotoelctricas, tan empleadas en las puertas automticas o en el alumbrado de las ciudades (relacin luz-corriente elctrica).

OBJETIVOS Interpretar el efecto fotoelctrico. Determinar la constante de Planck (h) para cada uno de los filtros. Energa cuantizada de los fotones.

FUNDAMENTO TEORICOElefecto fotoelctricoconsiste en laemisin de electrones(corriente elctrica) que se producecuando la luz incide sobre una superficie metlicaen determinadas condiciones.Si la luz es una corriente de corpsculos o fotones y cada uno de ellos tiene una energah, esta energa podra ser capaz dearrancar un electrn de la red cristalina del metaly comunicarle, adems, una energa cintica. La expresin matemtica que lo explica sera la siguiente:h =h + EcSiendo: h: Energa de atadura del electrn al tomo metlico ; Energa mnima que ha de tener el fotn para arrancar el electrn Ec: Energa cintica comunicada al electrn una vez arrancado.Este razonamiento de Einstein explica tambin el hecho de que la velocidad de salida de los electrones fuese proporcional a la freciencia de la luz incidente y que la energa cintica de los electrones tuviese unos valores discretos determinados.EnEinsteindesarrollounaTeora Cunticapara explicar el efecto fotoelctrico.Einstein postul que laradiacin electromagnticaest cuantizada en forma de "paquetes concentrados de energa"o"cuantos de energa", los cuales se denominanFotones. Cada fotn tiene una energa dada por:

Dondees la constante de Planck yes la frecuencia de laradiacinelectromagntica asociada al fotn.Por otra parte, postul tambin que en elprocesofotoelctrico un fotn es completamente absorbido por un electrn.Ahora, cuando se emite un electrn se energa cintica es:

Dondees la energa del fotn incidente yesel trabajonecesario para superar los campos atractivos de los tomos y las prdidas de energa cintica debidas a las colisiones internas, para as "sacar" al electrn del material. Algunos electrones estn ligados ms fuertemente que otros y algunos pierden energa en colisiones durante el trayecto, en el caso en que el enlace sea dbil y no existan prdidas internas, el electrn emerge con la energa cintica mxima

Dondees una energa caracterstica del metal llamadaFuncinTrabajoy es la energa necesaria mnima para que el electrn escape a las fuerzas atractivas y emerja de la superficie del metal.La teora de Einstein del efecto fotoelctrico da respuesta a los hechos que la teora ondulatoria no puede explicar.

En la teora corpuscular la energa se "suministra" al electrn en paquetes concentrados y no se esparce uniformemente sobre un rea grande. Si existe cualquieriluminacinincidiendo sobre la sustancia fotoelctrica, entonces existir "por lo menos un fotn" que ser absorbido inmediatamente, resultando tambin de inmediato la emisin de un electrn.No existe untiempode retraso.La teora de Einstein predice una relacin lineal entre el potencial de frenamiento y la frecuencia, tal como se encuentra en los resultados experimentales:Usando

En:

Entonces:

La ecuacin anteriormuestraque en un grfico deenfuncinde la frecuenciala pendiente es:

De modo que, midiendo experimentalmente la pendiente y usando elvalorde carga del electrn, la experiencia permite calcular el valor de la constante de Planck,

EQUIPO EXPERIMENTAL

Fig. 1 Montaje experimental del efecto fotoelctrico

Celda fotoelctrica para determinar h06778.00 Conjunto de 3 filtros de interferencia 08461.00 Conjunto de 2 filtros de interferencia 08463.00 Lmpara experimental 611615.05 Lmpara espectral de Hg 100, pico 908120.14 Fuente de alimentacin para lmpara espectral13662.93 Amplificador de medida universal13626.93 Multmetro digital07134.00 Cable BNC07542.00 2 cables de conexin (rojo y azul)

Fig. 2 Clula fotoelctrica y curva caracterstica

DESCRIPCIN DEL EQUIPO EXPERIMENTALAun que puede disponerse de varias lmparas de descarga que contienen en su interior gases cuyas lneas espectrales pueden ser utilizadas como fuente monoenergtica de fotones, para producir y estudiar el efecto fotoelctrico se recomienda utilizar la lmpara de mercurio. Para eta lmpara se han adquirido cinco filtros de interferencia que slo dejan pasar longitudes de onda entorno a un valor predeterminado) con 10 nm de ancho de banda). Se han escogido las longitudes de onda de 580, 546, 436, 405, y 334 nm porque coinciden con las de las principales lneas espectrales del Mercurio: Amarillo: 5780 Verde dbil: 5461 Azul: 4358 Violeta: 4078 Violeta: 4046De esta manera cada filtro selecciona una lnea espectral exclusivamente. Ha de tenerse que el filtro de 334 nm est en el ultravioleta; pero es conveniente su uso para obtener una menor incertidumbre en la determinacin de la constante de Planck.Para obtener una mayor intensidad de luz es conveniente colocar una lente conductora entre la lmpara espectral y el filtro, tal como puede verse en la figura 1.

Fuente de alimentacin para la lmpara espectralLas lmparas espectrales funcionan con tensiones ligeramente diferentes. La fuente de alimentacin de las lmparas tiene un conmutador para seleccionar la tensin adecuada para una lmpara de Helio. La otra posicin del conmutador sirve para la lmpara de mercurio.

Clula fotoelctricaDisponemos de una fotoclula cuyo esquema se muestra en la figura 1. Se trata de una ampolla de vidrio en la que se ha hecho el vaco. La luz penetra a travs del vidrio e incide sobre un ctodo de potasio. El nodo, de alambre de platino, tiene forma de anillo para dejar pasar la luz hacia el ctodo. La carcasa que rodea a la clula tiene dos bornes de conexin uno al nodo y el otro al ctodo.

Fuente de alimentacin para la clula fotoelctricaLa fuente de alimentacin para la clula fotoelctrica, proporciona una tensin filtrada y estabilizada para crear la diferencia de potencial retardadora de los electrones. Esta tensin es variable entre 0 y 25 y debe ser medida con un voltmetro, estando regulada mediante un potencimetro.

NanoampermetroLa corriente recogida en la clula fotoelctrica es de una intensidad demasiado baja para que pueda ser detectada con un polmetro corriente de los que se dispone en el laboratorio. Para medirla, se utiliza un nanoamperimetro (o electrmetro) que lleva incorporado un amplificador de corriente. El electrmetro tiene una toma de tierra, a la que deben conectarse todos los elementos del circuito que van a tierra. Debe seleccionarse la escala de lectura que indica 2 nA. En esta escala el punto decimal corresponde a nanoamperios, y las cifras a la derecha del punto decimal nos indicarn picoamperios.

MTODO EXPERIMENTALEl montaje experimental se muestra en la figura 1. La fuente de emisin es una lmpara de Mercurio (Hg)) en donde sern ajustados, para los 5 filtros de interferencia uno a continuacin del otro, que incidir en el ctodo del metal de la fotocelda.Las medidas son:

Longitud de onda del filtro (nm)Color del filtroVoltaje(V)Frecuencia 1012 Hz

366Violeta-1.040819.67

405Violeta-0.733740.74

436Violeta-0.675688.07

546Verde-0.368549.45

578Amarillo-0.290519.03

Recordar que: C= , entonces Graficando U(V) vs f (1012HZ):

Y relacionando la ecuacin de Einstein para el efecto fotoelctrico, considerando:

De la ecuacin de la recta vemos que h/e = 0.0028Entonces h= 4.48x10-34 JsY el valor terico es: h=6.62x10-34 Js

CONCLUSIONES: En nuestro experimento hemos comprobado la dualidad onda-partcula Necesariamente el arreglo experimental tiene que estar sobre un banco ptico Si la longitud es mayor, mayor es la incertidumbre de la medida. Ya que hemos obtenido un valor de 4.48x10-34 Js El voltaje VS la frecuencia tiene un comportamiento lineal. La distancia de separacin entre las fotoceldas fue de 15 cm Se recomienda no tener prendida por mucho tiempo la lmpara de Hg porque esta al sobrecalentarse puede malograrse. Se debe tener cuidado con los filtros, ya que son frgiles y no debe tocarse con los dedos

BIBLIOGRAFA:

http://www.saberespractico.com/curiosidades/que-es-el-efecto-fotoelectrico/ B. H. Bransden Quantum Mechanics http://www.monografias.com/trabajos83/determinacion-constante-planck/determinacion-constante-planck.shtml