Efecto fotoeléctrico

EFECTO FOTOELÉCTRICO

Autor 1: Yisela Mayorga Salazar

Facultad de ingenierías, Universidad tecnológica de Pereira, Pereira, Colombia

Correo-e: yisela.mayorga@utp.edu.co

Resumen— Se usó una simulación interactiva del efecto fotoeléctrico que fue creada por la universidad de Colorado la cual está formada por una lámpara cuya intensidad y tipo de radiación se puede elegir, dispone de un cátodo (electrodo negativo) que va unido a una batería, un amperímetro para medir la intensidad de corriente y un ánodo. El efecto fotoeléctrico consiste en la emisión de electrones por parte del cátodo que se mueven hacia el ánodo produciendo un paso de corriente, los electrones saltan del electrodo negativo al positivo debido a que este se ilumina, esta luz aporta la energía suficiente para arrancar el electrón del metal y le aporta la energía cinética que le permite moverse. El simulador también permite elegir el material del que está hecho el cátodo, en este caso se usará calcio (Ca).

Para cada sustancia existe una longitud de onda específica y una frecuencia mínima de radiación electromagnética por debajo de la cual no se producen fotoelectrones por más intensa que sea la radiación. La emisión electrónica es proporcional a la intensidad de radiación que incide sobre una superficie de un metal, esto quiere decir que entre mayor sea la intensidad de radiación, mayor será la emisión de electrones, ya que hay más energía para liberar electrones.

Palabras claves: Ánodo, cátodo, efecto fotoeléctrico, electrón, energía, fotón, frecuencia, intensidad, longitud de onda, radiación.

I. INTRODUCCIÓN

En 1905 Albert Einstein propuso una explicación que relaciona la forma como depende la emisión fotoeléctrica de la frecuencia de radiación. Einstein sugirió que los electrones libres, en su interacción con la radiación electromagnética, se comportan en la forma propuesta por Max Planck, para los osciladores atómicos en relación con la radiación de cuerpo negro, según la cual cada oscilador puede absorber o emitir una cantidad de energía discreta, o cuanto de energía posteriormente llamado Fotón. La ecuación que proporciona la energía de un cuanto es:



E1. Ecuación de la energía para un fotón.

En la cual, E es la energía absorbida o emitida en cada proceso, h una constante de proporcionalidad (posteriormente llamada constante de Planck, ,  es la frecuencia de radiación electromagnética. Por consiguiente  = c/λ , donde , es la velocidad de la luz y λ su longitud de onda correspondiente. Para Einstein cuando un fotón incide sobre una superficie metálica alcalina puede transmitir energía suficiente a un electrón para que supere la barrera de energía potencial de la superficie y se libere del metal. La energía de fotón h debe ser mayor o igual que la función de trabajo ( ), la cual es la mínima energía que necesita un electrón para poder escapar del metal, es decir h ≥ . En este caso,

, es llamada la frecuencia umbral. Esta frecuencia mínima es incompatible con la teoría ondulatoria, pues, cualquiera que sea la frecuencia de la radiación siempre ha de ser posible una emisión electrónica con una iluminación suficientemente intensa, según la teoría clásica. La emisión de electrones en un material alcalino por acción de la luz se denomina Efecto Fotoeléctrico. Por la explicación teórica de este fenómeno Albert Einstein, recibió el premio Nobel en 1921 y por su contribución experimental Robert Andrews Millikan lo obtuvo en 1923.

II. PROCEDIMIENTO

Se inició el simulador, se realizó un incremento en la intensidad al 50% y se procedió a graficar la energía del electrón vs. la frecuencia lumínica tal como se muestra en la siguiente figura.

Figura 1. Parámetros iniciales del simulador

Posteriormente se cambió la longitud de onda hasta que no se observaran más electrones:

2

ϕ = λ Figura 3. Cambio en la longitud de onda.

E2. Ecuación de la función de trabajo. La longitud de onda umbral es 419 nm, la frecuencia umbral se

encuentra en la zona visible. calcio es un alcalinotérreo, por lo tanto, es más fácil de ionizar.

Reemplazando en E3 para hallar la frecuencia umbral:





...