Cálculo De La Constante De Planck A Partir Del Efecto Fotoeléctrico

Práctica nº 4: Efecto fotoeléctrico


1.- Introducción


1.1.- Objetivo de la práctica


El objetivo es determinar el valor de la constante de Planck (h) a partir del efecto fotoeléctrico.

1.2.- Fundamento teórico

A finales del siglo XIX, Hertz descubrió que la descarga eléctrica entre dos electrodos resultaba más fácil cuando incide una luz ultravioleta (UV) sobre uno deellos (cátodo). Lenard, posteriormente, demostró que este fenómeno se debía a que la luz UV ocasiona la emisión de electrones de la superficie del cátodo. Desde entonces, se denomina fenómeno fotoeléctrico a la emisión de electrones por la acción de la luz sobre sobre una superficie metálica, denominándose fotoelectrones a estos electrones emitidos.

Este fenómeno no pudo ser explicado mediante losconocimientos clásicos de la Física de entonces. Y no fue hasta 1905 que Einstein, aplicando las ideas cuánticas de Planck, pudo establecer un modelo explicativo adecuado, razón por la que le fue concedido el premio Nobel en 1921.

El modelo de Einstein resucita la teoría corpuscular de la luz, estableciendo la hipótesis de que la radiación electromagnética está formada por un chorro departículas denominadas fotones, cada una de las cuales tiene una energía dada por la expresión h · υ, siendo υ la frecuencia de la radiación y h la constante de Planck.


Así, un fotón le cede completamente su energía a un único electrón de la placa metálica sobre la que incide. Parte de esta energía se emplea en extraer al electrón del metal. Cuando esta energía es la mínima posible se ledenomina trabajo de extracción W0, que es la energía necesaria para arrancar los electrones más fácilmente extraíbles del metal. Por tanto, para que se produzca el efecto fotoeléctrico, la energía h · υ del fotón debe ser al menos igual a la función trabajo característica del metal. Y, si la energía del fotón es mayor que la función trabajo, el exceso de energía se emplea en comunicar energía cinéticaEc al fotoelectrón.

Así pues, la ecuación de Einstein del efecto fotoeléctrico es:

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siendo υ la frecuencia de la radiación incidente, que está relacionada con la longitud de onda (λ) a través de la velocidad de la luz (c):
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1.3.- Material y montaje experimental

1.3.1.- Material

Célula fotoeléctrica de potasio, filtros de interferencia de diferentes longitudesde onda, lámpara espectral, fuente de alimentación, placa de montaje, electrómetro con amplificador, voltímetro, cable BNC apantallado, cables de conexión.

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1.3.2.- Montaje experimental

Vamos a utilizar una célula fotoeléctrica provista de un fotocátodo de PbS. Las tensiones fotoeléctricas obtenidas en la fotocélula al ser irradiada con luz de longitud de onda conocida se midendirectamente por medio de un voltímetro de muy alta resistencia (Ri ≥ 1013 Ω)

Tanto la lámpara como la célula fotovoltaica, están montadas sobre unas carcasas que llevan un imán en su parte inferior, para poder fijarlas fácilmente a la placa de montaje metálica:

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En primer lugar conectamos la lámpara a la fuente de alimentación. Seguidamente se acopla, con cuidadoy a presión, un filtro de longitud de onda conocida en la parte circular de la lámpara.

En la célula fotovoltaica existe una placa obturadora deslizante que permite abrir y cerrar el paso de la luz hacia su cátodo. Inicialmente la placa debe cerrar la abertura al paso de la luz.

Se acercan, hasta tocarse, el filtro de la lámpara y la abertura de la célula fotoeléctrica ydeslizamos la placa para dejar pasar la luz. El voltímetro detecta una diferencia de potencial entre el cátodo y el ánodo de la célula fotovoltaica. ¿A qué se debe esto? Cuando el cátodo de la fotocélula recibe la radiación monocromática (de longitud de onda única conocida) se extraen fotoelectrones de él. Algunos de ellos irán hacia el ánodo que no está iluminado, estableciéndose una diferencia de...