Lab 1 Efecto fotoeléctrico II 2015


DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS
CÁTEDRA FÍSICA MODERNA
LABORATORIO VIRTUAL 1


TEMA: Efecto fotoeléctrico
Elaborada por: Profesora Janett Barbosa Urbano
Fecha: Segundo semestre 2015

OBJETIVO:
Entender los fundamentos físicos del efecto fotoeléctrico. El estudio de este fenómeno permite comprender la forma como interactúan la materia y la energía.

INTRODUCCIÓN
El efecto fotoeléctricoconsiste en la emisión de electrones de un material metálico cuando la luz (especialmente la ultravioleta) interactúa con él. Fue descubierto por Heinrich Hertz (1887), pero estudiado a profundidad experimentalmente por Wilhelm Hallwachs y Philipp Lenard (1886-1900).
Los resultados encontrados por Hallwachs y Lenard fueron explicados por Einstein en 1905, desde una perspectiva diferente a la mecánicaclásica, lo que le valió el premio Novel de Física en 1923. Einstein partió de las siguientes premisas:
La luz está compuesta por una serie de pequeños paquetes de energía llamados cuantos de luz o fotones.
Los fotones poseen energía cuyo valor es: donde:
E es la energía de un fotón.
h es la constante de Planck,
f es la frecuencia del fotón.
Para las ondas electromagnéticas en el vacío se sabeque . Por lo tanto:

Cuando un fotón llega a la superficie de un material, puede ser absorbido por un electrón; pero el electrón hace una absorción completa del fotón; es todo o nada. La física clásica no puede explicar satisfactoriamente este hecho, por tal razón, la explicación cuántica de Einstein es considerada la mejor descripción, hasta el momento.
El fotón debe tener la energíasuficiente que necesita el electrón para que escape de la superficie del material, pero esta energía depende de la frecuencia. El fotón transfiere toda su energía al electrón y si esta energía supera la función de trabajo (ϕ que es la energía mínima que necesita un electrón para escapar), el electrón escapa (sale de la superficie del material) hacia su entorno. Esto indica lo siguiente:
Cuanto mayor es laintensidad de la luz a determinada frecuencia, equivale a una cantidad proporcional de fotones que pueden ser absorbidos por segundo. Pero la absorción de un fotón por un electrón no depende de la intensidad.
Cuanto mayor es la absorción de fotones por parte de los electrones, equivale a una cantidad proporcional de emisión de electrones por segundo.
Cuanto mayor es la cantidad de electronesemitidos, equivale a una mayor corriente producida.
Einstein recurrió al Principio de Conservación de la Energía para demostrar que la energía cinética máxima () para que un electrón escape de la superficie del material equivale a la energía cinética () de un fotón menos la función de trabajo ():

Pero esa energía cinética equivale al potencial de frenado () sobre el electrón:
por lo tanto:
Laenergía (eV0) y la función de trabajo (ϕ) generalmente se expresan en electrón voltios (eV): J

PRÁCTICA SIMULADA
1. Vaya a la página: http://phet.colorado.edu/en/simulations/category/physics Busque el efecto fotoeléctrico, puede bajar la simulación a su computador. Encontrará una ventana como la siguiente con las gráficas correspondientes:

2. Familiarícese con la simulaciónobservando las variables, gráficos y parámetros que se manejan. Varíe el voltaje, la longitud de la onda de luz y el tipo de material; observe qué sucede con los cambios y obtenga las gráficas.


3. En la siguiente tabla de valores de potencial de frenado (V0) y longitud de onda (λ), calcule la frecuencia. Obtenga esos valores en la simulación para cada elemento propuesto y anote los resultados que sepueden leer en la simulación. Ver Tabla No. 1 Potencial positivo y energía de la luz. Obtenga las gráficas y analice su comportamiento.

4. En la Tabla No. 2 Potencial negativo y energía de la luz, realice el mismo procedimiento anterior. Ver Tabla No. 2 Potencial negativo y energía de la luz. Obtenga las gráficas y analice su comportamiento.

5. Utilice los valores de la Tabla No. 1 para...