Universidad Tecnológica Metropolitana

Facultad de ingeniería

Experiencia nº6

“Efecto Fotoeléctrico”

Integrantes: Romina Marín

Nelson herrera

Lorena Suarez

Orietta Vásquez

Sección: 20

Fecha: 07/06/2012

Objetivo:

Interpretación física del efecto fotoeléctrico.

Determinación de la constante de Planck.

Introducción

Cuando una luz monocromática incide sobre un material fotosensible (cátodo), este emite electrones con una energía cinética que no depende de la intensidad de la luz, sino de su longitud de onda y del material del catodo. Esto es lo que se denomina emisión fotoeléctrica y los electrones emitidos fotoelectrones.

En 1905, Einstein explica el efecto fotoeléctrico estableciendo que la energía de un fotón viene dada por E= hv, donde h es la constante de Planck y v es la frecuencia de la luz. Esta explicación le valió el premio Nóbel de física. Un fotón de luz con energía incide sobre un electrón en el cátodo (Fig.1) de un tubo al vacío. El electrón usa un mínimo W0 de esta energía para escapar del cátodo y se aleja de él con una energía cinética máxima Kmax. Normalmente, los electrones emitidos por el cátodo alcanzan al ánodo y son detectados como una corriente. El balance de energía nos lleva entonces a que

E=hv= Kmax + W0 (Exprecion 1)

Figura 1

Al aplicar un voltaje V invertido (voltaje de frenado) entre el cátodo y el ánodo, los electrones eventualmente pueden ser detenidos por repulsión coulombiana y no detectarse corriente alguna.

La energía cinética máxima Kmax de los electrones puede determinarse midiendo el menor valor de V para la cual la corriente se anula. En estas condiciones la energía cinética es igual a la energía potencial eléctrica, esto es Kmax = V0e . Así, la expresión (1) queda: E= hv= V0e+W0, o bien, resolviendo para V0

V0 = (h/e)*v-(W0/e) (Expresion 2)

Si representamos gráficamente V0 en función de la frecuencia de la luz (Fig. 2) la pendiente del gráfico permite encontrar la constante de Planck. Recuerde que la carga del electrón es e = 1,602 x10-19 C. Por otro lado el intercepto nos entrega la función de trabajo W0.

Figura 2

MATERIALES: - Equipo Pasco Modelo AP – 9368 , AP-9369 - Multitester - Lámpara de Mercurio

Procedimiento experimental

El esquema simplificado y representado en la figura viene integrado en un equipo diseñado para medir de forma automática el voltaje de frenado para una luz de frecuencia determinada

Se hace incidir un haz de luz monocromática sobre el equipo y se mide el voltaje de frenado V0 para ese haz en particular. Esto se repite para diferentes haces (cada uno de diferente frecuencia). Los diferentes haces son obtenidos del espectro de emisión del mercurio. Para separar las líneas espectrales se utiliza una red difracción.

La tabla muestra la frecuencia de las distintas líneas espectrales de mercurio.

Montaje

1) ”Fácilmente” podemos ver tres colores del espectro amarillo, azul, verde. El violeta y ultravioleta costo más encontrarlos luego hacíamos incidir el haz de cada color en la ranura y mediamos el voltaje proveniente del sensor, las mediciones se encuentran en la siguiente tabla.

color frecuencia (Hz) V frenado (volt)amarillo 5,18672 *10^14 1,27verde 5,48996*10^14 1,23azul 6,87858*10^14 1,43violeta 7,40858*10^14 1,6ultravioleta 8,20264*10^14 1,82

Conociendo h: 6.626*10^-34 y e:1.602*10^-19

h/e= pendiente = 4.14*10^-15

Grafico

Compararemos según los datos obtenidos por el grafico Se tomaron dos puntos de la recta y se hizo el siguiente calculo: obteniendo como h experimental: 5.14*10^-34 (eV *s) que comparando con h se tiene 1.486*10^34 de error , la función de trabajo del cátodo dio como resultado 1.25*10^-19 (eV)y la frecuencia de corte 2.43*10^14 (m)

2) Seleccione un color y utilizando filtros de intensidad que incorpora el equipo, complete la siguiente tabla.

Color: Verde.

% Transmisión Voltaje de frenado100 1,1080 1,1260 1,1440 1,1620 1,18

Grafico

1.1 1.12 1.14 1.16 1.180

20

40

60

80

100

120

% tranmision v/s V frenado

% tranmision v/s V frenado

Nos damos cuenta a partir de los datos y el grafico que mientras mayor porcentaje de transmisión se necesita menor voltaje de frenado y esto responde a una proporción lineal

Conclusión

De lo anterior podemos agregar que se irá incrementando de manera lineal conforme a los cambios de frecuencia que se le apliquen , además destacando que la energía cinética de los electrones ira en desmedro al ir bajando la frecuencia de la luz incidente debido por supuesto a que también bajara la longitud de onda.

La constante de Planck está directamente ligada a la pendiente formada con el grafico de frecuencia v/s potencial, ya que está pendiente multiplicada por la carga del electrón nos dará el valor casi exacto del valor de la constante antes nombrada.

También podemos decir que la emisión de electrones es prácticamente instantánea, es decir aparece y desaparece con la radiación electromagnética, sin retraso medible

Bibliografía

1.- FÍSICA MODERNA, Paul Tipler, Ed Reverté, 1994. 2.- MANUAL DE PASCO Modelo AP – 9368 , AP-9369 3.- Fisica, Serway. 5º edicion, Tomo II