efecto fotoelectrico

1. Efecto Fotoelectrico
FISICA MODERNA
ECCI 2014
Grupo 8CN
Camilo Andrés Rojas Chaparro
camilorancor@gmail.com
INTRODUCCION
El efecto fotoeléctrico (EF) consiste esencialmente
en la eyección de electrones por un material
fotosensible sólido (metálico, semiconductor o
aislante) causada por la incidencia de una radiación
electromagnética. Éste fenómeno fue descubierto
por Hertz y Hallowachs a finales del siglo XIX al
observar que una chispa entre dos electrodos
saltaba más fácilmente cuando uno de ellos era
iluminado.
En esta experiencia se utilizó un fototubo o
fotocelda, consistente de un fotocátodo sensible y
de un ánodo o colector. Si existe una diferencia de
potencial entre el cátodo y el ánodo y se ilumina al
cátodo, entonces se observa que fluye una
corriente a través del tubo: los electrones son
arrancados del cátodo (esto por el efecto
fotoeléctrico) y son acelerados hacia el ánodo o son
frenados dependiendo del signo del campo
aplicado.
En general, las energías cinéticas de los
fotoelectrones individuales que son eyectados para
una frecuencia e intensidad de radiación fijas están
distribuidas a lo largo de un rango desde cero hasta
valores indefinidamente grandes. Sin embargo, el
número relativo de electrones rápidos es muy
pequeño y a partir de las investigaciones originales
se concluyó que existía un máximo de energía
cinética de emisión EM. En particular, se encontró
que el máximo aparente de energía cinética era
independiente de la intensidad de la radiación pero
que era función de su frecuencia y del material del
cátodo sensible (fotocátodo). Además, las curvas de
distribución espectral de la emisión fotoeléctrica
presentaban un umbral mínimo (también aparente)
de frecuencia º0 de radiación a partir del cual la
emisión fotoeléctrica era detectable.
JUSTIFICACION
El efecto fotoeléctrico consiste en la emisión de
electrones por la superficie de un metal cuando luz
de energía suficientemente elevada incide sobre
ella.
La distribución de la energía cinética de los
electrones cubre un margen continuo desde 0 hasta
una energía máxima. Experimentalmente se
demostró que la energía máxima de los electrones
arrancados (fotoelectrones) depende de la
frecuencia  de la radiación incidente según la
expresión:
Tmax = Cte ( -  0)
Siendo 0 la frecuencia de la luz por debajo de la
cual no se arranca ningún electrón y es
característica del material. Se observó además que
la distribución de energía de estos electrones no
dependía de la intensidad de la luz incidente, es
decir, luz muy intensa daba lugar a más
fotoelectrones pero el valor medio de la energía de
la distribución y su energía máxima es la misma
para una determinada frecuencia.

2. Este hecho, el efecto fotoeléctrico, se explicó
dentro de la teoría cuántica de la radiación de
Planck, aplicada a este caso por Einstein en 1905.
Según ésta, la Cte. que aparece en la ecuación
anterior es la constante de Planck, h, y se tiene que:
h = Tmax + h0
En la nueva hipótesis, el primer miembro
representa la energía del cuanto de luz incidente,
fotón, y h0 es la energía mínima del fotón
necesaria para desalojar un electrón de la superficie
(relacionada con la función de trabajo, dependiente
del material, energía que liga a los electrones a la
superficie).
Un experimento de este tipo se puede realizar
colocando dos electrodos en un tubo en el que se ha
hecho el vacío. Uno de los electrodos está formado
por el material fotoeléctrico, que va a ser la
superficie que será irradiada por la luz y que
emitirá electrones (cátodo). El otro electrodo
(ánodo) es otro material metálico. Aunque no se
aplique una diferencia de potencial que atraiga
electrones al ánodo, se observa en el amperímetro
una corriente debida a los fotoelectrones que tengan
energía suficiente para llegar a este electrodo. Para
determinar esta energía máxima se aplica una
diferencia de potencial inversa a los electrodos
(cátodo positivo y ánodo negativo). De esta forma,
a medida que aumentamos la diferencia de
potencial, llegan menos electrones al ánodo hasta
que se alcanza un determinado potencial para el que
no existe corriente circulando por el amperímetro.
Este es el potencial de frenado (Vf), que podemos
medir con un voltímetro. En estas condiciones se
verifica:
e Vf = Tmax
y la ecuación (2) se puede escribir como:
Vf = (h/e) - (h/e)0
Realizando medidas para distintas frecuencias de la
luz incidente, podemos obtener a partir de la
ecuación (4) el valor de la constante de Planck y
una estimación de la función de trabajo.
OBJETIVO
1. Para cada material (Sodio, Zinc, Cobre, Calcio
"material X") determine la longitud de onda
máxima a la cual se presenta efecto fotoeléctrico
3. Determine la función trabajo de cada uno de los
materiales
4. Determine el potencial de frenado cuando la
longitud de onda incidente es:
0.9λu, 0.8λu, 0.75λu, 0.5λu, siendo λu la máxima
longitud de onda hallada en el numeral 2.
PROCEDIMIENTO

3. CONCLUSIONES
Los electrones eyectados por fotones cercanos a
UV resultaron ser más difíciles de frenar (pues fue
necesario aplicar un potencial desacelerante mayor
para cortar la corriente) que aquellos iluminados
por fotones de menor energía en la franja del rojo.
El número de fotoelectrones producidos por unidad
de tiempo (y por herencia la fotocorriente) es
proporcional a la intensidad de la radiación
electromagnética incidente. Por lo tanto, a primera
vista la curva de iluminancia (cantidad de fotones
emitidos a una dada frecuencia) de la lámpara
incandescente utilizada debería ser considerada
como un factor importante en la conformación final
de las curvas de fotocorriente medidas.
Aun así, otros aspectos que pueden enmascarar los
valores de V0 obtenidos son:
 El estado de polarización.
 El ángulo de incidencia.
 La existencia de impurezas en el cátodo o en el
ánodo.
 La existencia de corrientes reversas del ánodo.