El efecto Fotoeléctrico consiste principalmente en aquel fenómeno donde una superficie de un metal emite electrones cuando una luz incide sobre él generalmente se utiliza la luz ultravioleta.
Historia:
A lo largo de la historia se puede mencionar diferentes experimentos que consideraban una teoría acerca de la luz emitida o radiación, entre ellos se encuentra Heinrich Hertz que se encontraba realizando experimentos para generar ondas electromagnéticas con el propósito de corroborar a Maxwell que decía que la luz era radiación electromagnética, él observó en su aparato que la luz producida durante la descarga eléctrica en las esferas incidía en la ranura del arillo, la intensidad de la descarga inducida aumentaba. Este fenómeno llamó mucho la atención y aunque faltaban por descubrir muchas variables todos los métodos de la física fallaron.
Thompson pensaba que el campo electromagnético de frecuencia variable producía resonancias con el campo eléctrico atómico y que si estas alcanzaban una amplitud suficiente podía producirse la emisión de un "corpúsculo" subatómico de carga eléctrica y por lo tanto el paso de la corriente eléctrica.
Von lenard manifestó a partir de observar el efecto fotoeléctrico una relación de los electrones emitidos y la frecuencia de luz que se incide ósea que choca
En 1905 Albert Einstein retomó este tema y basándose en la hipótesis de Planck llegó a la conclusión de que el efecto fotoeléctrico consiste en la emisión de electrones llamados fotoelectrones desde una superficie de un material cuando este incide radiación electromagnética. También denominó como paquetes a la luz que se emitía, estos paquetes más tarde serían denominados fotones. Así que Einstein construyó la siguiente ecuación:
Un cuanto de Energía = Energía máxima de un electrón+ Función de trabajo de la superficie (ósea del metal).
E=hv
Experimento:
Para poder comprender las características de este fenómeno es necesario describir un experimento. Primeramente se coloca un fotocatodo y un ánodo conectados a una fuente de voltaje variable, además se coloca un interruptor que pueda invertir la polaridad del voltaje que se aplica. Al darle una iluminación al fotocatodo con luz monocromática de frecuencia v, se establece una fotocorriente que varía con el voltaje aplicado.
Resultados del experimento
1 La fotocorriente se establece aunque no se aplique voltaje.
2 Al menos algún fotoelectrón tendrá energía cinética suficiente para llenar el ánodo.
3 Cuando la radiación aumenta la fotocorriente también para que este cero debe aplicarse un voltaje inverso auque es independiente de la intensidad de la radiación, a esto yo le entendí que la energía cinética no cambia con la intensidad de radiación.
4 Cuando la intensidad es constante, el voltaje de frenado aumenta al aumentar la frecuencia de radiación incidente.
5 Existe una parte del fenómeno (umbral) en el cual no se producen fotoelectrones, aquí no importan la intensidad de radiación.
6 Cuando la frecuencia de radiación es igual al umbral, la emisión de fotoelectrones será instantánea de esta se deriva la 7.
7 La energía cinética máxima de los fotoelectrones medida por el voltaje solamente es una función de la frecuencia de radiación no de su intensidad.
8 Cada metal tiene diferentes efectos en el aspecto de que la energía cinética máxima varía con la frecuencia de radiación.
-eVmax = Tmax = aν +b
Donde se expresa una relación entre el voltaje con la energía cinética máxima con la intensidad y la frecuencia de radiación.
Conclusiones
Bueno partir de mis investigaciones encontré que el efecto fotoeléctrico no son ondas electromagnéticas en un metal como se pensaba, el experimento anterior viene de una fuente de la UNAM en el que nos explican sin tanto concepto este fenómeno en el cual se explica lo más importante que es la frecuencia de radiación, la intensidad, los fotoelectrones, etc., y sus relaciones, también encontré las diferentes ecuaciones para medir la cantidad de fotones y la relación de voltaje o luz emitida.
Tabla de ecuaciones
Ef. = Energía del fotón.
Wo = Energía de escape (Función de trabajo).
EC = Energía cinética del electrón.
h = Constante de Planck 6.62617x10-34 [J·s].
fo = Frecuencia umbral (Límite de frecuencia).
m = Masa del electrón 9.1095x10-31 [Kg.].
v = Velocidad con la cual sale el electrón del átomo.
Ef = Wo + Ec
Ef = h · f
Wo = h · fo
EC = ½ · m · v2
E=hV
E=hc/landa
V=c/landa
Ejemplos
¿Cual sería al ongitud de onda y la frecuencia de la luz necesaria para sacar a un electrón del fierro si su función trabajo 4.03 e V?
E=1/2 mv^2+w E=4.03eV
E= 6.4x10^-14 Joules
V=E/h= 6.4x10^-19/6.6x10^-34
V= 9.6x10^14 Hrtz
landa=c/v=3x10^8/9.6x10^14Hrtz=310x10^-9
Los rayos ultravioletas tienen una frecuencia de 10^16Htz e inciden sobre Na ¿Qué energía cinética tienen los electrones cuando se arrancan por esta luz? W=4.83 eV
E=4.83eV (1.6x10^-19)=7.728x10^-19 Joules
V= c/x 10^16=3x10^8/landa landa=3x10^8/10^16
landa=3x10^-8nm landa=30x10^-9 mm
Historia:
A lo largo de la historia se puede mencionar diferentes experimentos que consideraban una teoría acerca de la luz emitida o radiación, entre ellos se encuentra Heinrich Hertz que se encontraba realizando experimentos para generar ondas electromagnéticas con el propósito de corroborar a Maxwell que decía que la luz era radiación electromagnética, él observó en su aparato que la luz producida durante la descarga eléctrica en las esferas incidía en la ranura del arillo, la intensidad de la descarga inducida aumentaba. Este fenómeno llamó mucho la atención y aunque faltaban por descubrir muchas variables todos los métodos de la física fallaron.
Thompson pensaba que el campo electromagnético de frecuencia variable producía resonancias con el campo eléctrico atómico y que si estas alcanzaban una amplitud suficiente podía producirse la emisión de un "corpúsculo" subatómico de carga eléctrica y por lo tanto el paso de la corriente eléctrica.
Von lenard manifestó a partir de observar el efecto fotoeléctrico una relación de los electrones emitidos y la frecuencia de luz que se incide ósea que choca
En 1905 Albert Einstein retomó este tema y basándose en la hipótesis de Planck llegó a la conclusión de que el efecto fotoeléctrico consiste en la emisión de electrones llamados fotoelectrones desde una superficie de un material cuando este incide radiación electromagnética. También denominó como paquetes a la luz que se emitía, estos paquetes más tarde serían denominados fotones. Así que Einstein construyó la siguiente ecuación:
Un cuanto de Energía = Energía máxima de un electrón+ Función de trabajo de la superficie (ósea del metal).
E=hv
Experimento:
Para poder comprender las características de este fenómeno es necesario describir un experimento. Primeramente se coloca un fotocatodo y un ánodo conectados a una fuente de voltaje variable, además se coloca un interruptor que pueda invertir la polaridad del voltaje que se aplica. Al darle una iluminación al fotocatodo con luz monocromática de frecuencia v, se establece una fotocorriente que varía con el voltaje aplicado.
Resultados del experimento
1 La fotocorriente se establece aunque no se aplique voltaje.
2 Al menos algún fotoelectrón tendrá energía cinética suficiente para llenar el ánodo.
3 Cuando la radiación aumenta la fotocorriente también para que este cero debe aplicarse un voltaje inverso auque es independiente de la intensidad de la radiación, a esto yo le entendí que la energía cinética no cambia con la intensidad de radiación.
4 Cuando la intensidad es constante, el voltaje de frenado aumenta al aumentar la frecuencia de radiación incidente.
5 Existe una parte del fenómeno (umbral) en el cual no se producen fotoelectrones, aquí no importan la intensidad de radiación.
6 Cuando la frecuencia de radiación es igual al umbral, la emisión de fotoelectrones será instantánea de esta se deriva la 7.
7 La energía cinética máxima de los fotoelectrones medida por el voltaje solamente es una función de la frecuencia de radiación no de su intensidad.
8 Cada metal tiene diferentes efectos en el aspecto de que la energía cinética máxima varía con la frecuencia de radiación.
-eVmax = Tmax = aν +b
Donde se expresa una relación entre el voltaje con la energía cinética máxima con la intensidad y la frecuencia de radiación.
Conclusiones
Bueno partir de mis investigaciones encontré que el efecto fotoeléctrico no son ondas electromagnéticas en un metal como se pensaba, el experimento anterior viene de una fuente de la UNAM en el que nos explican sin tanto concepto este fenómeno en el cual se explica lo más importante que es la frecuencia de radiación, la intensidad, los fotoelectrones, etc., y sus relaciones, también encontré las diferentes ecuaciones para medir la cantidad de fotones y la relación de voltaje o luz emitida.
Tabla de ecuaciones
Ef. = Energía del fotón.
Wo = Energía de escape (Función de trabajo).
EC = Energía cinética del electrón.
h = Constante de Planck 6.62617x10-34 [J·s].
fo = Frecuencia umbral (Límite de frecuencia).
m = Masa del electrón 9.1095x10-31 [Kg.].
v = Velocidad con la cual sale el electrón del átomo.
Ef = Wo + Ec
Ef = h · f
Wo = h · fo
EC = ½ · m · v2
E=hV
E=hc/landa
V=c/landa
Ejemplos
¿Cual sería al ongitud de onda y la frecuencia de la luz necesaria para sacar a un electrón del fierro si su función trabajo 4.03 e V?
E=1/2 mv^2+w E=4.03eV
E= 6.4x10^-14 Joules
V=E/h= 6.4x10^-19/6.6x10^-34
V= 9.6x10^14 Hrtz
landa=c/v=3x10^8/9.6x10^14Hrtz=310x10^-9
Los rayos ultravioletas tienen una frecuencia de 10^16Htz e inciden sobre Na ¿Qué energía cinética tienen los electrones cuando se arrancan por esta luz? W=4.83 eV
E=4.83eV (1.6x10^-19)=7.728x10^-19 Joules
V= c/x 10^16=3x10^8/landa landa=3x10^8/10^16
landa=3x10^-8nm landa=30x10^-9 mm
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