INFORME EFECTO FOTOELECTRICO

Resumen En esta práctica se determinara la constante de Planck, así como también la verificación del efecto fotoeléctrico y a medir la energía cinética de los fotoelectrones. Palabras claves: Efecto fotoeléctrico, Constante de Planck, Energía cinética. Abstract In this practice the Planck constant is determined as well as the verification of the photoelectric effect and measure the kinetic energy of the photoelectrons. Keywords: Photoelectric effect, Planck’s constant, Cinetic energy. 1. INTRODUCCION El efecto fotoeléctrico fue descubierto por Hertz en 1887 y estudiado por Lenard en 1900. Este efecto consiste en una interacción entre un fotón y un electrón. Como resultado de dicha interacción el fotón entrega toda su energía al electrón ligado a un átomo de forma tal que este electrón es “arrancado” del núcleo, quedando de esta manera en libertad y recibiendo el nombre de fotoelectrón. Pero la teoría clásica electromagnética no era capaz de explicar el efecto fotoeléctrico. Fue Einstein (1905) quien propuso la teoría corpuscular de la luz. Es decir, la luz está formada por partículas, llamadas fotones, cuya energía de cada fotón es

De esta manera, los electrones al estar ligados al metal con cierta energía (función trabajo), podrán ser liberados siempre y cuando la energía del fotón incidente sea mayor que la función trabajo. 2. OBJETIVOS 1. Comprobación del efecto fotoeléctrico. 2. Medir la energía cinética de los fotoelectrones en función de la frecuencia de la luz. 3. Determinar la constante de Planck h. 4. Demostrar la independencia de la energía cinética de los electrones respecto de la intensidad de la luz 3. MARCO TEORICO

CONSTANTE DE PLANCK. La constante de Planck es la relación entre la cantidad de energía y de frecuencia asociadas a un cuanto o a una partícula elemental. En el año 1901, el físico alemán Max Planck afirmó que sólo era posible describir la radiación del cuerpo negro con una fórmula matemática que correspondiera con las medidas experimentales, si se aceptaba la suposición de que la materia sólo puede tener estados de energía discretos y no continuos. Esto quiere decir que ciertas propiedades físicas sólo toman valores múltiplos de valores fijos en vez de un espectro continuo de valores. La constante de Planck (representada por la letra h) relaciona la energía E de los fotones con la frecuencia ν de la onda lumínica (letra griega nu) según la fórmula: La idea era que la radiación electromagnética emitida por un cuerpo negro se podía modelar como una serie de osciladores armónicos con una energía cuántica. Relacionando la energía (E) de los fotones de la radiación, con su frecuencia y con su momento angular, se obtiene:

Este modelo se mostró muy exacto y desde entonces se denomina ley de Planck y significa que el universo es cuántico y no continuo. A nivel macroscópico no parece ser así, pues el valor de la constante de Planck es tan pequeño que el efecto de esta "cuantización" o "discretización" de los valores de la energía de cualquier sistema aparentemente varían de forma continúa. La constante de Planck es uno de los números más importantes del universo y ha dado lugar a que la mecánica cuántica ha sustituido a la física tradicional. FOTONES Es la partícula portadora de todas las formas de radiación electromagnética, incluyendo a los rayos gamma, los rayos X, la luz ultravioleta, la luz visible, la luz infrarroja, las microondas, y las ondas de radio. El fotón tiene masa cero y viaja en el vacío con una velocidad constante c.

Como todos los cuantos, el fotón presenta tanto propiedades corpusculares como ondulatorias ("dualidad onda-corpúsculo"). Se comporta como una onda en algunos fenómenos como la refracción que tiene lugar en una lente; o como una partícula cuando interacciona con la materia para transferir una cantidad fija de energía. Para la luz visible, la energía portada por un fotón es de alrededor de 4×10– 19 julios; esta energía es suficiente para excitar un ojo y dar lugar a la visión. Además de energía, los fotones llevan también asociada una cantidad de movimiento o momento lineal, y tienen una polarización. Siguen las leyes de la mecánica cuántica, lo que significa que a menudo estas propiedades no tienen un valor bien definido para un fotón dado. En su lugar se habla de las probabilidades de que tenga una cierta polarización, posición, o cantidad de movimiento. EFECTO FOTOELÉCTRICO La emisión de electrones por metales iluminados con luz de determinada frecuencia fue observada a finales del siglo XIX por Hertz y Hallwachs. El proceso por el cual se liberan electrones de un material por la acción de la radiación se denomina efecto fotoeléctrico o emisión fotoeléctrica. Sus características esenciales son: 



Para cada sustancia hay una frecuencia mínima o umbral de la radiación electromagnética por debajo de la cual no se producen fotoelectrones por más intensa que sea la radiación. La emisión electrónica aumenta cuando se incrementa la intensidad de la radiación que incide sobre la superficie del metal, ya que hay más energía disponible para liberar electrones.

En los metales hay electrones que se mueven más o menos libremente a través de la red cristalina, estos electrones no escapan del metal a temperaturas normales por que no tienen energía suficiente. Sea

la energía mínima necesaria para que un electrón escape del metal. Si el

electrón absorbe una energía E, la diferencia

, será la energía cinética del

electrón emitido.

Einstein explicó las características del efecto fotoeléctrico, suponiendo que cada electrón absorbía un cuanto de radiación o fotón. La energía de un fotón se

obtiene multiplicando la constante h de Planck por la frecuencia f de la radiación electromagnética.

Si la energía del fotón E, es menor que la energía de arranque f, no hay emisión fotoeléctrica. En caso contrario, si hay emisión y el electrón sale del metal con una energía cinética

igual a

.

Por otra parte, cuando la placa de área S se ilumina con cierta intensidad I, absorbe una energía en la unidad de tiempo proporcional a IS, basta dividir dicha energía entre la cantidad

para obtener el número de fotones que

inciden sobre la placa en la unidad de tiempo. Como cada electrón emitido toma la energía de un único fotón, concluimos que el número de electrones emitidos en la unidad de tiempo es proporcional a la intensidad de la luz que ilumina la placa

Mediante una fuente de potencial variable, tal como se ve en la figura podemos medir la energía cinética máxima de los electrones emitidos, véase el movimiento de partículas cargadas en un campo eléctrico. Aplicando una diferencia de potencial V entre las placas A y C se frena el movimiento de los fotoelectrones emitidos. Para un voltaje V0 determinado, el amperímetro no marca el paso de corriente, lo que significa que ni aún los electrones más rápidos llegan a la placa C. En ese momento, la energía potencial de los electrones se hace igual a la energía cinética.

Variando la frecuencia f, (o la longitud de onda de la radiación que ilumina la placa) obtenemos un conjunto de valores del potencial de detención V0.

Llevados a un gráfico obtenemos una serie de puntos (potencial de detención, frecuencia) que se aproximan a una línea recta. La ordenada en el origen mide la energía de arranque en electrón-voltios f/e. Y la pendiente de la recta es h/e. Midiendo el ángulo de dicha pendiente y usando el valor de la carga del electrón

, obtendremos el valor de la

constante de Planck,

4. DATOS EXPERIMENTALES Se tomaron distintos datos a diferente intensidad, se registraron voltajes arrojados en cada intensidad y se pasó la longitud de onda que estaba dada en nanómetros a metros. Intensidad l1 �(�)

�_�ℎ (�)

8,21918E +14

1,06

7,40741E +14

0,75

6,88073E +14

0,64

5,49451E +14

0,31

5,19031E +14

0,16

Intensidad

5,19031E +14

I2 �(�)

�_�ℎ (�)

8,21918E +14

1,16

7,40741E +14

0,81

6,88073E +14

0,67

5,49451E +14

0,34

Intensidad

5,19031E +14

I3 �(�)

0,18

�_�ℎ (�)

8,21918E +14

1,26

7,40741E +14

0,91

6,88073E +14

0,74

5,49451E +14

0,37

0,21

De las graficas podemos decir que la pendiente que calculamos en cada una de ellas a través de la regresión lineal es igual, es decir, cada una arrojó una pendiente igual a 3x10-15. Con la cual calculamos la constante de plan h=pendiente (m)*e, y esto nos dio un valor igual a

que es

aproximado a la constante de Planck.

5. CONCLUSIONES 



Se pudo determinar la constante de Planck aunque no dio un valor exacto y esto pudo ser debido a errores en la medición que pudieron ser causados por la interacción de uno de los integrantes del grupo al momento de tomar las medidas. Se pudo visualizar características del efecto fotoeléctrico, debido a que nuestra longitud de onda era lo suficientemente buena para desprender electrones.

6. REFERENCIA 1. Efecto fotoeléctrico. Introducción: http://users.df.uba.ar/sgil/labo5_uba/inform/info/pautadas/fotoelectrico_dym _2k1.pdf 2. Constante de Planck http://astrojem.com/teorias/constantedeplanck.html 3. Fotones http://astrojem.com/teorias/fotones.html 4. Efecto fotoeléctrico http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/cuantica/fotoelectrico/fotoelectrico.htm