EfectoFotoelectrico




Reporte de Práctica: El Efecto Fotoeléctrico

Física Moderna con Laboratorio

Equipo α-pulpo

Luke Goodman
Ernesto Benítez Rodríguez
Alma Elena Piceno Martínez

2012


Introducción
Apenas hace 75 años fue probado que la mayoría de los metales bajo la influencia de radiación (luz), especialmente radiación ultravioleta, emiten electrones. Este fenómeno fue denominado emisión fotoeléctrica, yestudios detallados de esto han mostrado:
1. Que los procesos de emisión dependen fuertemente de la frecuencia de la luz, y que para cada metal existe una frecuencia crítica tal que la luz de frecuencia menor es completamente incapaz de liberar electrones, mientras que la luz de frecuencia mayor siempre lo hace. De hecho, para una superficie dada, si la frecuencia de la radiación incidente esincrementada, la energía de los electrones emitidos incrementa en alguna relación lineal.
2. La emisión de electrones ocurre en un pequeño intervalo de tiempo después de la llegada de la radiación, y el número de electrones emitidos es estrictamente proporcional a la intensidad de la radiación.
Los hechos experimentales dados arriba se encuentran entre la evidencia más fuerte de que el campo eléctricoes cuantizado. Estos no pueden ser explicados en términos de una distribución energética continua en el campo de radiación, pero se asume que el campo consiste de “cuantos" de energía


donde es la frecuencia de la radiación y h es la constante de Planck. Estos cuantos son llamados fotones.
Posteriormente es asumido que los electrones están atados dentro de la superficie metálica, con una energía, donde es llamada la “función de trabajo", y que dichos electrones tienen la misma probabilidad de absorber un fotón. Se sigue que si la frecuencia de la luz es tal que


será posible eyectar electrones, mientras que si


esto es imposible, ya que la probabilidad de que un electrón absorba dos fotones simultáneamente es mínima. En el caso precedente, el exceso de energía del cuanto aparececomo energía cinética del electrón, así
(1)
que es la famosa ecuación fotoeléctrica formulada por Einstein en 1905. Al escribir la ecuación de esta manera expresamos el hecho de que la energía es compartida únicamente entre el electrón y el fotón; sin embargo, para un balance de momento un tercer cuerpo se necesita, que en este caso es la red cristalina, que retrocede con energíanegligible.
La ecuación (1) ha sido verificada extensivamente para muchos materiales y en un amplio rango de frecuencias. Lo que es medido experimentalmente es la energía de los fotoelectrones emitidos contra la frecuencia, ya con un campo magnético, o con una técnica de potencial de retardo, como aquí se hace. Ya que la función de trabajo no se conoce usualmente con anterioridad, la energía cinética delos fotoelectrones se obtiene como una función de , así la pendiente de la línea recta


nos lleva a h, y la intersección al punto extrapolado , puede darnos .

Cuando un potencial de retardo V se usa para medir , tenemos , así es realmente la razón lo que se determina:
(2)

El arreglo generalmente usado consiste en una superficie limpia del metal a investigar, y un ánodo frente, oalrededor del cátodo, ambos sellados al vacío.
Cuando la radiación incide en el cátodo se emiten electrones, que alcanzan el ánodo dando lugar a una corriente detectable si el circuito entre el ánodo y el cátodo es completado con un amperímetro. Si un potencial negativo V es aplicado al ánodo, sólo los electrones con pueden alcanzar el ánodo, y para algún potencial ningún electrón puede hacerlo;este potencial de retardo multiplicado por e es la energía de los electrones emitidos más rápidos. En la práctica no todos los electrones son emitidos con la misma energía, y por lo tanto el límite en no es muy nítido; los efectos de carga espacial tienden a reducir la definición.

Una consideración adicional es la diferencia de potencial de contacto; esto es, el hecho de que el potencial...