Efecto fotoelectrico

Erick Rundo A.
Práctica 4
Efecto Fotoeléctrico
OBJETIVOS

Demostrar que el número de electrones arrancados en el efecto fotoeléctrico depende únicamente de la intensidad de la luz incidente.
Demostrar que la energía cinética de los fotoelectrones no depende de la intensidad de la luz incidente.
Demostrar que la energía cinética de los electrones depende de la frecuencia de la luzincidente.

MARCO TEÓRICO

Análisis clásico del fenómeno.

La mecánica clásica supone que la energía transportada por la luz está repartida sobre la onda; y es proporcional al cuadrado de la amplitud y de la frecuencia; esta se debería repartir sobre todos los átomos en los que incide el haz.
La energía, repartida equitativamente entre los átomos, es incapaz de extraer los electrones salvoque se acumule en ellos y así tendríamos que esperar mucho tiempo para alcanzar la energía de extracción y, entonces, todos saldrían de golpe.
Es por eso que la teoría clásica no encuentra explicación y lo más que puede decir es que la extracción no depende sólo de la intensidad de la luz incidente. [1]

Análisis hecho por Einstein.

Einstein postuló que un haz de luz consiste en pequeñospaquetes de energía llamados fotones. La energía de un fotón es igual a hν, donde h es la constante de Planck. Al llegar un fotón a la superficie es absorbido por un electrón. Esta transferencia de energía es un proceso contradictorio en contraste con la transferencia continua de energía de la teoría clásica; el electrón recibe toda la energía del fotón o ninguna en absoluto.
Si esta energía esmayor que la función de trabajo [pic], el electrón puede escapar de la superficie. Cuando se incrementa la intensidad, los electrones deberían ser capaces de ganar más energía incrementándose el potencial de frenado Vo; pero se encontró que Vo no depende de la intensidad. En otras palabras, la cantidad de fotoelectrones desprendidos del cátodo no depende de la intensidad de la luz. Entoncespodemos inferir que si duplicamos la intensidad de la luz incidente, no hacemos mas que duplicar la cantidad de interacciones fotón – electrón
Recuerde que Φ es la energía mínima necesaria para desprender un electrón de la superficie. Einstein aplicó el principio de conservación de la energía para encontrar que la energía cinética máxima.

[pic]

Para un electrón emitido es la energía[pic]ganada del fotón menos la función de trabajo [pic].

[pic]
Sabemos que

[pic]

Igualando las ecuaciones anteriores

[pic]

“No es tanto la cantidad de energía que llega a la superficie del metal, como la calidad de esa energía – es necesario que lleguen unos fotones muy energéticos” [2]

Análisis del fenómeno a nivel atómico.
“En principio, todos los electrones son susceptibles de seremitidos por efecto fotoeléctrico. En realidad los que más salen son los que necesitan menos energía para salir y, de ellos, los más numerosos.
En un aislante dieléctrico, los electrones más energéticos se encuentran en la banda de valencia. En un metal, los electrones más energéticos están en la banda de conducción. En un semiconductor de tipo N, son los electrones de la banda de conducción queson los más energéticos. En un semiconductor de tipo P también, pero hay muy pocos en la banda de conducción. Así que en ese tipo de semiconductor hay que ir a buscar los electrones de la banda de valencia.
A la temperatura ambiente, los electrones más energéticos se encuentran cerca del nivel de Fermi (salvo en los semiconductores intrínsecos en los cuales no hay electrones cerca del nivel deFermi). La energía que hay que dar a un electrón para llevarlo desde el nivel de Fermi hasta el exterior del material se llama función trabajo, y la frecuencia mínima necesaria para que un electrón escape del metal recibe el nombre de frecuencia umbral. El valor de esa energía es muy variable y depende del material, estado cristalino y, sobre todo de las últimas capas atómicas que recubren la...