Fase 4 Estructura Molecular 2016 Temas: Efecto Fotoeléctrico y efecto compton.

1. Fase 4 final
CURSO:
ESTRUCTURA MOLECULAR
Genderson Mauricio Orozco Rendón
Código: 1121902083
Unad
Diciembre 2016

2. EFECTO FOTOELÉCTRICO

3. El efecto fotoeléctrico fue descubierto y
descrito por Heinrich Hertz en 1887, al
observar que el arco que salta entre dos
electrodos conectados a alta tensión alcanza
distancias mayores cuando se ilumina con
luz ultravioleta que cuando se deja en la
oscuridad.
La explicación teórica solo fue hecha por
Albert Einstein, quien publicó en 1905 el
revolucionario artículo “Heurística de la
generación y conversión de la luz”, basando
su formulación de la fotoelectricidad en una
extensión del trabajo sobre los cuantos de
Max Planck.
Heinrich Hertz
Albert Einstein
EFECTO FOTOELÉCTRICO

4. DEFINICIÓN
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.

5. 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. Calentando el metal es una
manera de aumentar su energía. Los electrones
"evaporados" se denominan termoelectrones, este es el tipo
de emisión que hay en las válvulas electrónicas. Vamos a
ver que también se pueden liberar electrones
(fotoelectrones) mediante la absorción por el metal de la
energía de radiación electromagnética.

6. Toda la energía de un fotón debe ser absorbida y utilizada
para liberar un electrón de un enlace atómico, o si no la
energía es re-emitida. Si la energía del fotón es absorbida,
una parte libera al electrón del átomo y el resto contribuye a
la energía cinética del electrón como una partícula libre.
Einstein no se proponía estudiar las causas del efecto en el
que los electrones de ciertos metales, debido a una
radiación luminosa, podían abandonar el metal con energía
cinética. Intentaba explicar el comportamiento de la
radiación, que obedecía a la intensidad de la radiación
incidente, al conocerse la cantidad de electrones que
abandonaba el metal, y a la frecuencia de la misma, que era
proporcional a la energía que impulsaba a dichas partículas.

7. .
Constante de Planck
KEhf  
Frecuencia de corte
o frecuencia mínima
de los fotones
Función trabajo
Máxima energía
cinética de los
electrones que se
observa
experimentalmen
te.
Formula

8. El efecto fotoeléctrico
es la base de la
producción de energía
eléctrica por
radiación solar y del
aprovechamiento
energético de la
energía solar. El
efecto fotoeléctrico se
utiliza también para
la fabricación de
células utilizadas en
los detectores de
llama de las calderas
de las grandes
centrales
termoeléctricas. Este
efecto es también el
principio de
funcionamiento de los
sensores utilizados en
las cámaras digitales.
También se utiliza en
diodos fotosensibles
tales como los que se
utilizan en las células
fotovoltaicas y en
electroscopios o
electrómetros. carga
en su diseño.

9. El efecto Compton consiste en el aumento de la longitud de onda de un
fotón de rayos x cuando choca con un electrón libre y pierde parte de su
energía. La frecuencia o la longitud de onda de la radiación dispersada
dependen únicamente de la dirección de dispersión.
Cuando se analiza la radiación electromagnética que ha pasado por una
región en la que hay electrones libres, se observa que además de la
radiación incidente, hay otra de frecuencia menor. La frecuencia o la
longitud de onda de la radiación dispersada depende de la dirección de la
dispersión.
EFECTO COMPTON

11. DESCRIPCIÓN
El efecto Compton es un fenómeno por el cual la radiación
electromagnética que incide sobre ciertas superficies sale con una
longitud de onda mayor que la de entrada.
Este fenómeno, observado en 1923 por el físico estadounidense
Arthur Holly Compton (1892-1962) en el curso de investigaciones
realizadas sobre la difusión de los rayos X, sólo puede explicarse a
partir de los principios de la mecánica cuántica.
Así, si se considera que la radiación electromagnética está
constituida por cuantos de energía llamados fotones, en su
interacción con la materia puede absorberse parte de estos fotones.
En tal caso, la energía global de la radiación disminuiría, y también
su frecuencia, con lo que aumentaría la longitud de onda.
Arthur Holly Compton

12. También puede ocurrir un Efecto Compton inverso; es decir,
que los fotones disminuyan su longitud de onda al chocar con
electrones. Pero para que esto suceda es necesario que los
electrones viajen a velocidades cercanas a la velocidad de la
luz y que los fotones tengan altas energías.
La principal diferencia entre los dos fenómenos es que durante
el Efecto Compton "convencional", los fotones entregan energía
a los electrones, y durante el inverso sucede lo contrario.
Este efecto puede ser una de las explicaciones de la emisión de
rayos X en supernovas, quasars y otros objetos astrofísicos de
alta energía.

13. EFECTO COMPTON INVERSO
También puede ocurrir un Efecto Compton inverso. Es decir que fotones disminuyan
su longitud de onda al chocar con electrones. Pero para que esto suceda, es necesario
que los electrones viajen a velocidades cercanas a la velocidad de la luz, y que los
fotones tengan altas energías.
La principal diferencia entre los dos fenómenos, es que durante el Efecto Compton
"convencional", los fotones entregan energía a los electrones, y durante el inverso
sucede lo contrario.
Este efecto puede ser una de las explicaciones de la emisión de rayos X en
supernovas, quasars y otros objetos astrofísicos de alta energía.
En la experiencia real, el detector es un cristal de INa, la fuente de rayos gamma está
producida por el isótopo Cs-137, que tiene un pico muy agudo centrado en 661.6 keV,
o en la longitud de onda 1.878 10-12 m, (0.01878 A). Los electrones libres los proporciona un trozo de metal
que puede ser una varilla de hierro.
Midiendo la diferencia de longitudes de onda
entre la radiación dispersada y la radiación
incidente se pide calcular la constante C. A
partir del valor de esta constante, y conocida
los valores de las constantes fundamentales,
velocidad de la luz c=3·108 m/s y la masa del
electrón me=9.1·10-31 kg, se pide calcular el valor de
la constante h de Planck, comprobando que está cerca del valor
6.63·10-34 Js.

14. EJEMPLO 1: EFECTO COMPTON
La longitud de onda de la radiación dispersada para el
ángulo 60º es l'=0.03091 A. Calcular la constante lC y a
continuación, la constante h de Planck.
0.03091-0.01878=lC(1-cos60)
lC=0.02426 A=2.426·10-12 m

15. EJEMPLO 2 : EFECTO FOTOELÉCTRICO
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 e= 1.6 10-19 C, obtendremos el valor de la constante
de Planck, h=6.63 10-34 Js.

18. BIBLIOGRAFIA
Miral, D. (2013).Estructura Atómica y sistema periódico. Recuperado de
http://iesdmjac.educa.aragon.es/departamentos/fq/asignaturas/quimica
2bac/materialdeaula/QUI2BAC%20Tema%207%20Estructura%20atomic
a%20y%20sistema%20periodico/1_cuantizacin_de_la_energa.html
El átomo y los modelos atómicos. quincena5. Recuperado de
http://hdl.handle.net/10596/7706
Lincond. L (2013, Septiembre 2). (El modelo estándar. U.S Departam of
energy. Recuperado de http://hdl.handle.net/10596/7598
Ciencia tecnología y ambiente. Mapa conceptual. 23 de abril 2012.
Tomado de: http://tecnologoeduca.blogspot.com.co/2012/04/estructura-
de-la-materia.html