El efecto fotoeléctrico

El Efecto Fotoeléctrico
Aminta Robles
Física Moderna
Maestría en Didáctica de la Ciencias Naturales con énfasis en Física
18 de noviembre de 2011

Aminta Robles - estudiante del curso de Física moderna -
Maestría en Didáctica de la Ciencias

EMISIÓN ELECTRÓNICA:
formas de extraer electrones de los metales.
 Emisión termoiónica (efecto Edison): los electrones son
emitidos por la superficie calentada de un metal.
 Emisión secundaria: partículas energéticas incidentes sobre
algunos materiales, liberan aún otros electrones de la
superficie.
 Emisión de campo: un campo eléctrico intenso extrae
electrones de la superficie de un metal.
 Efecto fotoeléctrico: luz incidente sobre un metal expulsa
electrones de la superficie.


Comparación de explicaciones
Teoría clásica Teoría cuántica
 A mayor intensidad de la luz  La energía cinética de los
incidente, más energéticos serán fotones no depende de la
los electrones emitidos. intensidad sino que aumenta al
 Si la intensidad de la radiación aumentar la frecuencia
incidente es débil, se espera que incidente.
pase cierto tiempo hasta que el  No hay demora apreciable para
metal almacene suficiente que los electrones sean
energía para expulsar expulsados, aun para luz de
electrones. intensidad muy débil.


Aportes importantes
Cronología del desarrollo del fenómeno


1887 – Heinrich Her tz

 Fue el primero en establecer que las superficies
metálicas limpias emiten cargas cuando se exponen a
la luz ultravioleta.
 Descubre el efecto fotoeléctrico por accidente mientras
investigaba las ondas electromagnéticas predichas por la
teoría de Maxwell.
 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.


1888 – Halwachs
 Descubrió que las cargas emitidas eran negativas.


1899 – J. J. Thomson
 Demostró que las cargas emitidas
eran electrones.
 Hoy se les llama fotoelectrones
 Lo descubre al medir la relación entre
carga y masa de las partículas
producidas por la luz ultravioleta.
 Midió e por separado mediante la
cámara de niebla


1902 – Philip Lenard
 Descubre que cuando luz de frecuencia  1015 Hz incide sobre una
placa K de un metal, emiten partículas cargadas negativamente que viajan
hacia el electrodo positivo P.
 Que se emiten electrones del metal con intervalos de velocidad.
 Que la energía cinética máxima de los fotoelectrones, Kmax no depende
de la intensidad de la luz incidente.
 Que la razón medida de la carga a la masa para los portadores cargados
coincide con el encontrado por Millikan y Thomson para el electrón.
 Esto evidencia a los portadores como fotoelectrones.
 Que Kmax aumenta con la frecuencia de la luz.


Experiencia del efecto fotoeléctrico
Montaje experimental Resultados gráficos


Albert Einstein (1905)
“Heurística de la generación y conversión de la luz”

 Opina sobre la teoría clásica de Maxwell.
 Describe exitosamente la propagación de la luz por el espacio
durante largos intervalos de tiempo.
 Se necesita una teoría diferente para describir las interacciones
momentáneas de la luz y la materia.
 Utiliza nuevos conceptos cuánticos: E=h
 La radiación incidente consistía de paquetes de energía localizada que
viajan con la velocidad de la luz.
 Desarrolla la teoría del efecto fotoeléctrico
 La energía de la luz no se distribuye de manera uniforme sobre el
frente de onda clásico, sino que se concentra en regiones discretas
denominadas cuantos, cada uno de los cuales contiene una energía hf.
 Los fotones pueden ser reflejados de acuerdo con las leyes de la óptica,
 Los fotones pueden desaparecer cediendo toda su energía para expulsar los
electrones,


Conclusiones de la emisión
fotoeléctrica
 Para un metal y una frecuencia de radiación incidente, la cantidad de
fotoelectrones emitidos es directamente proporcional a la intensidad de luz incidente.
 El potencial de frenado depende de la función de trabajo.
 Para cada metal dado, existe una cierta frecuencia mínima de radiación
incidente debajo de la cual ningún fotoelectrón puede ser emitido. Esta
frecuencia se llama frecuencia de corte, también conocida como "Frecuencia
Umbral".
 Por encima de la frecuencia de corte, la energía cinética máxima del fotoelectrón
emitido es independiente de la intensidad de la luz incidente, pero depende de la
frecuencia de la luz incidente.
 La emisión del fotoelectrón se realiza instantáneamente, independientemente de la
intensidad de la luz incidente. Este hecho se contrapone a la Teoría Clásica: la
Física Clásica esperaría que existiese un cierto retraso entre la absorción de
energía y la emisión del electrón, inferior a un nanosegundo.


CONCEPTOS

Variable Definición

 Función de trabajo  Energía mínima con la que un electrón se enlaza en el
metal; o energía mínima requerida para extraer un
() electrón del metal.
 Frecuencia de corte.  Frecuencia mínima de radiación incidente debajo de la
 Potencial de frenado cual ningún fotoelectrón puede ser emitido.
(V0)  Es el que logra detener los electrones más energéticos y
la fotocorriente se anula.
 .  Ecuación fotoeléctrica de Einstein.


Aplicaciones
 El sulfuro de cadmio es usado como sensor para farolas de alumbrado público, ya que al
disminuir la intensidad de la luz se vuelve no conductor, obligando a la farola a
encenderse.
 Las células fotovoltaicas en combinación con relés forman parte de muchos mecanismos
automáticos. En la puerta de un ascensor un rayo que sale de un lado de la puerta
incide sobre una célula fotoeléctrica situada al otro lado. Cuando se interrumpe el
rayo la célula no conduce y el relé conectado a ella conmuta de posición. El relé junto
con la célula regula la corriente que llega a un motor eléctrico conectado en el
circuito.
 La mayor aplicación del ef. es sin duda los paneles solares, que hacen uso de células
fotovoltaicas. Éstas se construyen con dos capas de semiconductores. Bajo la radiación
del sol se genera una cierta diferencia de potencial entre ambas capas, que se traduce
en la generación de una corriente eléctrica.


Fuentes consultadas
 http://es.wikipedia.org/wiki/Efecto_fotoel%C3%A9ctrico
#Explicaci.C3.B3n
 http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/cuantica/fotoelectrico
/fotoelectrico.htm
 http://www.ciencia-ficcion.com/glosario/e/efecfoto.htm
 file:///C:/Program%20Files%20%28x86%29/PhET-
1.0/simulations/sims1db0.html?sim=Photoelectric_Effect
 Serway R.; Moses, C.; Moyer, C.. FÍSICA MODERNA. Tercera
edición. Editorial Thomson.
 Acosta, V.; Crowan, C.; Graham, B.. CURSO DE FÍSICA
MODERNA. Editorial Harla. México. 1975.


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