Libro de quimica
Páginas: 13 (3107 palabras)
Publicado: 12 de septiembre de 2010
Laboratorio II de Física
CAPÍTULO 12 EFECTO FOTOELÉCTRICO
CAPÍTULO 12
“QUANTUM DE LUZ: EL EFECTO FOTOELÉCTRICO”
Marco Teórico
En 1901 el físico alemán Max Planck dedujo en sus estudios de la distribución de energía entre diferentes frecuencias de radiación
electromagnética en una caja cerrada que podía explicar su dependencia con la frecuencia y la temperatura si postulaba que laenergía intercambiada entre las paredes y la radiación electromagnética solo se efectuaba en “paquetes” de tamaño: E = h f, (1)
siendo E la Energía del paquete o quantum de transferencia, f la frecuencia de la radiación y h una constante conocida ahora como constante de Planck, con un valor de 6,6262 x 10-34 kg m2/s. Cinco años después del
P P P P
trabajo de Planck, el físico alemán AlbertEinstein extendió esta idea no solo al intercambio de energía sino que de hecho, la radiación electromagnética consistía de partículas con energía dadas por la misma ecuación (1), posteriormente estas partículas elementales fueron llamadas fotones. Esta concepción de la naturaleza de la luz explicaba varios hechos experimentales, entre los cuales se encontraban: • Se requiere una frecuencia mínimapara poder ionizar las moléculas de un gas.
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CAPÍTULO 12 EFECTO FOTOELÉCTRICO
• •
La luz emitida por una sustancia fluorescente siempre es de menor frecuencia que la que la iluminaba. La fotoemisión de electrones o efecto fotoeléctrico que procederemos a estudiar.
Años antes del trabajo de Einstein se sabía que cuando la radiación ultravioletaincidía sobre la superficie de algunos metales, se emitían electrones (Figura 1), pero la teoría ondulatoria clásica de Maxwell no explicaba bien las observaciones.
+ Luz ultravioleta
Ánodo
V
eCátodo A
Figura 12.1. El Amperímetro mide la corriente fotoeléctrica producida por la radiación ultravioleta. Los electrones salen del cátodo y son atraídos por la batería.
De acuerdo con lateoría ondulatoria de la luz, la radiación electromagnética que incide en la superficie hace mover los electrones
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CAPÍTULO 12 EFECTO FOTOELÉCTRICO
cercanos a la superficie y algunos de ellos adquieren suficiente energía para escapar del metal. Esta teoría clásica predice dos hechos que están en desacuerdo con el experimento: Primero, mientras mayor sea laintensidad de la luz, mas aceleración se imparte a los electrones y por lo tanto salen de la superficie con mayor energía. En vez de esto, la energía de los electrones emitidos no cambia cuando la luz se hace más intensa. El único cambio era que un número más grande de electrones escapaban. Segundo, de acuerdo a la teoría ondulatoria clásica, la energía de los electrones emitidos no dependía de lafrecuencia de la luz, pero el experimento demostraba que la radiación de más frecuencia impartía más energía a los electrones aún cuando su intensidad fuese menor. Adicionalmente, por debajo de una cierta frecuencia no se emitía ningún electrón sin importar que tan intensa fuera la luz, ni cuanto tiempo se esperara, ya que clásicamente si se espera suficiente tiempo, los electrones van acumulando cadavez más energía, hasta que eventualmente pueden escapar del metal. La teoría fotónica de la luz propuesta por Planck-Einstein explicó satisfactoriamente estos hechos, ya que de acuerdo a la ecuación (1), la energía del fotón solo depende de su frecuencia y no de su intensidad. Así, al
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Laboratorio II de Física
CAPÍTULO 12 EFECTO FOTOELÉCTRICO
incidir un fotón sobre la superficie,los electrones del metal lo absorben completamente, aumentando su energía en una cantidad fija h f, la cual puede ser usada por uno de los siguientes procesos: • Si la energía del fotón incidente no es muy grande como para sacar electrones fuera del sólido (es decir, si su frecuencia f no es suficientemente grande), se vuelve a emitir un fotón de la misma frecuencia (Reflexión de la luz). • Se...
CAPÍTULO 12 EFECTO FOTOELÉCTRICO
CAPÍTULO 12
“QUANTUM DE LUZ: EL EFECTO FOTOELÉCTRICO”
Marco Teórico
En 1901 el físico alemán Max Planck dedujo en sus estudios de la distribución de energía entre diferentes frecuencias de radiación
electromagnética en una caja cerrada que podía explicar su dependencia con la frecuencia y la temperatura si postulaba que laenergía intercambiada entre las paredes y la radiación electromagnética solo se efectuaba en “paquetes” de tamaño: E = h f, (1)
siendo E la Energía del paquete o quantum de transferencia, f la frecuencia de la radiación y h una constante conocida ahora como constante de Planck, con un valor de 6,6262 x 10-34 kg m2/s. Cinco años después del
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trabajo de Planck, el físico alemán AlbertEinstein extendió esta idea no solo al intercambio de energía sino que de hecho, la radiación electromagnética consistía de partículas con energía dadas por la misma ecuación (1), posteriormente estas partículas elementales fueron llamadas fotones. Esta concepción de la naturaleza de la luz explicaba varios hechos experimentales, entre los cuales se encontraban: • Se requiere una frecuencia mínimapara poder ionizar las moléculas de un gas.
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• •
La luz emitida por una sustancia fluorescente siempre es de menor frecuencia que la que la iluminaba. La fotoemisión de electrones o efecto fotoeléctrico que procederemos a estudiar.
Años antes del trabajo de Einstein se sabía que cuando la radiación ultravioletaincidía sobre la superficie de algunos metales, se emitían electrones (Figura 1), pero la teoría ondulatoria clásica de Maxwell no explicaba bien las observaciones.
+ Luz ultravioleta
Ánodo
V
eCátodo A
Figura 12.1. El Amperímetro mide la corriente fotoeléctrica producida por la radiación ultravioleta. Los electrones salen del cátodo y son atraídos por la batería.
De acuerdo con lateoría ondulatoria de la luz, la radiación electromagnética que incide en la superficie hace mover los electrones
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cercanos a la superficie y algunos de ellos adquieren suficiente energía para escapar del metal. Esta teoría clásica predice dos hechos que están en desacuerdo con el experimento: Primero, mientras mayor sea laintensidad de la luz, mas aceleración se imparte a los electrones y por lo tanto salen de la superficie con mayor energía. En vez de esto, la energía de los electrones emitidos no cambia cuando la luz se hace más intensa. El único cambio era que un número más grande de electrones escapaban. Segundo, de acuerdo a la teoría ondulatoria clásica, la energía de los electrones emitidos no dependía de lafrecuencia de la luz, pero el experimento demostraba que la radiación de más frecuencia impartía más energía a los electrones aún cuando su intensidad fuese menor. Adicionalmente, por debajo de una cierta frecuencia no se emitía ningún electrón sin importar que tan intensa fuera la luz, ni cuanto tiempo se esperara, ya que clásicamente si se espera suficiente tiempo, los electrones van acumulando cadavez más energía, hasta que eventualmente pueden escapar del metal. La teoría fotónica de la luz propuesta por Planck-Einstein explicó satisfactoriamente estos hechos, ya que de acuerdo a la ecuación (1), la energía del fotón solo depende de su frecuencia y no de su intensidad. Así, al
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incidir un fotón sobre la superficie,los electrones del metal lo absorben completamente, aumentando su energía en una cantidad fija h f, la cual puede ser usada por uno de los siguientes procesos: • Si la energía del fotón incidente no es muy grande como para sacar electrones fuera del sólido (es decir, si su frecuencia f no es suficientemente grande), se vuelve a emitir un fotón de la misma frecuencia (Reflexión de la luz). • Se...
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