Efecto Fotoelectrico

EFECTO FOTOELÉCTRICO: TEORÍA


Los hechos experimentales, las conclusiones y la explicación teórica

Los hechos
Con un montaje semejante al esquema de la figura, se realizan las experiencias para estudiar cuantitativamente el E.F.
La ventana es de cuarzo y se han tomado las siguientes precauciones:
el tubo de vacío ha sido cocido previamente para que desprenda la mayor cantidad de gas.Este gas luego podría ser ionizado por la luz e interferir en el proceso.
el ánodo está recubierto de óxido de cobre (II)-CuO- de color negro, para que no desprenda electrones al ser iluminado, de este modo todos proceden de la extracción efectuada sobre el cátodo.
las superficies del cátodo deben estar limpias, bien orientadas, etc.


Realizamos primero la conexión que se observa en lafigura, poniendo el potenciómetro de manera que la parte negativa (cátodo) esté conectada a placa iluminada. De esta manera un aumento de potencial hará que los electrones arrancados sean encaminados por un campo eléctrico hacia la otra placa (ánodo).
Cuanto mayor sea el potencial aplicado más cantidad de electrones llegan al anodo (atraviesan el tubo).
Procedemos a variar el voltaje que nossuministra el potenciómetro y a registrar la intensidad de corriente ( i ) para una intensidad de radiación luminosa fija ( I ) y para luz de una determinada frecuencia de radiación (utilizamos luz monocromática, de un solo color cada vez).
Con los datos obtenemos una tabla de valores que representados dan la grafica que está arriba en la gráfica la derecha.
Incluso para V=0 , algunos de los electronesarrancados del metal son capaces de atravesar el tubo y detectamos una intensidad de corriente -i- . Si aumentamos el potencial, el número de electrones que atraviesan el tubo aumenta, pero llega un momento en que todos los electrones arrancados del metal son captados por el ánodo y, aunque aumentemos el potencial, la corriente eléctrica -i- no aumenta.


Fotones con energía suficiente
Fotonescon energía insuficiente
Los fotones con energía insuficiente (frecuencia inferior a la umbral), no consiguen arrancar electrones, reflejándose o transformándose en otras formas de energía. No generan corriente eléctrica.
Estos Gifs animados de Bruno H. Chiarini muestran lo dicho anteriormente.
Si mantenemos la polaridad y el tipo de luz (la misma frecuencia) pero utilizamos más potencia deiluminación (bombilla más potente o varias bombillas) el nº de electrones extraído es mayor y llegan más al amperímetro. Mayor intensidad de luz (I) significa mayor flujo de fotones y la corriente en el circuito externo ( i ) aumenta.

Invirtiendo las conexiones del potenciómetro (figura 3), podemos hacer que el metal del cual la luz arranca electrones sea ahora positivo y muchos electronesarrancados retornan a él. Los más rápidos llegan al otro lado y el amperímetro indica conducción. Si aumentamos el potencial con esta conexión invertida llegará un momento en que todos los electrones arrancados retornan, no cruza ninguno, y por lo tanto i=0. El valor del potencial en ese momento se llama potencial de corte -Vo-.
figura 3
figura 4
Repetimos la experiencia con el mismo tipo de luz perode doble intensidad ( 2·I) (dos focos de luz), lo que supone tener luz de la mismas características pero mayor número de fotones. Así logramos arrancar más electrones. A mayor intensidad de luz( I ) mayor número de electrones ( mayor -i- ) pero no electrones más rápidos. Cuando invertimos la polaridad obtenemos el mismo potencial de corte –Vo– para todas la intensidades de luz. Para ese potencialde corte la intensidad de corriente es cero (i=0). Figura 4
Realizamos la misma experiencia pero cambiando el tipo de luz (variando su frecuencia) pero manteniendo siempre la misma intensidad. Por ej. radiamos con luz de I=500 watios/m2 y repetimos las medidas variando la longitud de onda. Empezamos con 550 nm, después con la misma I pero 300 nm, y más tarde con la misma I y 200 nm ,.... 50 nm....