Principio FsicoEfecto fotoelctrico:Es la emisin de electrones de un metal cuando se hace incidir sobre l una radiacin electromagntica (luz visible o ultravioleta, en general).El efecto fotoelctrico fue descubierto y descrito por Heinrich Hertz en 1887, al observar que el arco que salta entre dos electrodos conectados a alta tensin alcanza distancias mayores cuando se ilumina conluz ultravioleta que cuando se deja en la oscuridad.La explicacin terica fue hecha por Albert Einstein, quien public en 1905 el revolucionario artculo Heurstica de la generacin y conversin de la luz, basando su formulacin de la fotoelectricidad en una extensin del trabajo sobre los cuantos de Max Planck. Ms tarde Robert Andrews Millikan pas diez aos experimentando para demostrar que la teora de Einstein no era correcta, para finalmente concluir que s lo era.

Explicacin:

Los fotones del rayo de luz tienen una energa caracterstica determinada por la frecuencia de la luz. En el proceso de fotoemisin, si un electrn absorbe la energa de un fotn y ste ltimo tiene ms energa que la funcin trabajo, el electrn es arrancado del material. Si la energa del fotn es demasiado baja, el electrn no puede escapar de la superficie del material. Aumentar la intensidad del haz no cambia la energa de los fotones constituyentes, solo cambia el nmero de fotones. En consecuencia, la energa de los electrones emitidos no depende de la intensidad de la luz, sino de la energa de los fotones individuales.Los electrones pueden absorber energa de los fotones cuando son irradiados, pero siguiendo un principio de conservacin de la. Toda la energa de un fotn debe ser absorbida y utilizada para liberar un electrn de un enlace atmico, o si no la energa es re-emitida. Si la energa del fotn es absorbida, una parte libera al electrn del tomo y el resto contribuye a la energa cintica del electrn como una partcula libre. Leyes de la emisin fotoelctrica Para un metal y una frecuencia de radiacin incidente dados, la cantidad de fotoelectrones emitidos es directamente proporcional a la intensidad de luzincidente. Para cada metal dado, existe una cierta frecuencia mnima de radiacin incidente debajo de la cual ningn fotoelectrn puede ser emitido. Esta frecuencia se llama frecuencia de corte, tambin conocida como "Frecuencia Umbral". Por encima de la frecuencia de corte, la energa cintica mxima del fotoelectrn emitido es independiente de la intensidad de la luz incidente, pero depende de la frecuencia de la luz incidente. La emisin del fotoelectrn se realiza instantneamente, independientemente de la intensidad de la luz incidente. Este hecho se contrapone a la teora de la Fsica Clsica que esperara que existiese un cierto retraso entre la absorcin de energa y la emisin del electrn, inferior a un nanosegundo.

Formulacin matemticaPara analizar el efecto fotoelctrico cuantitativamente utilizando el mtodo derivado por Einstein es necesario plantear las siguientes ecuaciones: Energa de un fotn absorbido = Energa necesaria para liberar 1 electrn + energa cintica del electrn emitido.Algebraicamente se puede expresar mediante la formula siguiente :

dondeh: constante de Max Planckf: frecuencia: funcin trabajo (energa mnima necesaria para extraer un electrn)E: energa cintica mxima del electrn

Dualidad Onda-Corpsculo

El efecto fotoelctrico fue uno de los primeros efectos fsicos que puso de manifiesto la dualidad onda-corpsculo caracterstica de la mecnica cuntica. La luz se comporta como ondas pudiendo producir interferencias y difraccin como en el experimento de la doble rendija de Thomas Young, pero intercambia energa de forma discreta en paquetes de energa, fotones, cuya energa depende de la frecuencia de la radiacin electromagntica. Las ideas clsicas sobre la absorcin de radiacin electromagntica por un electrn sugeran que la energa es absorbida de manera continua. Este tipo de explicaciones se encontraban en libros clsicos como el libro de Millikan sobre los Electrones o el escrito por Compton y Allison sobre la teora y experimentacin con rayos X. Estas ideas fueron rpidamente reemplazadas tras la explicacin cuntica de Albert Einstein.

Efecto fotoelctrico en la actualidad

El efecto fotoelctrico es la base de la produccin de energa elctrica por radiacin solar y del aprovechamiento energtico de la energa solar. El efecto fotoelctrico se utiliza tambin para la fabricacin de clulas utilizadas en los detectores de llama de las calderas de las grandes centrales termoelctricas. Este efecto es tambin el principio de funcionamiento de los sensores utilizados en las cmaras digitales. Tambin se utiliza en diodos fotosensibles tales como los que se utilizan en las clulas fotovoltaicas y en electroscopios o electrmetros. En la actualidad los materiales fotosensibles ms utilizados son, aparte de los derivados del cobre (ahora en menor uso), el silicio, que produce corrientes elctricas mayores.El efecto fotoelctrico tambin se manifiesta en cuerpos expuestos a la luz solar de forma prolongada. Por ejemplo, las partculas de polvo de la superficie lunar adquieren carga positiva debido al impacto de fotones. Las partculas cargadas se repelen mutuamente elevndose de la superficie y formando una tenue atmsfera. Los satlites espaciales tambin adquieren carga elctrica positiva en sus superficies iluminadas y negativa en las regiones oscurecidas, por lo que es necesario tener en cuenta estos efectos de acumulacin de carga en su diseo.

Principio de funcionamiento de una celda fotovoltaicaLas Celdas Fotovoltaicas, son sistemas fotovoltaicos que convierten directamente parte de la luz solar en electricidad. Algunos materiales presentan una propiedad conocida como efecto fotoelctrico en su forma ms simple, estos maetriales se compone de un nodo y un ctodo recubierto de un material fotosensible. La luz que incide sobre el ctodo libera electrones que son atrados hacia el nodo, de carga positiva, originando un flujo de corriente proporcional a la intensidad de la radiacin, que hace que absorban fotones de luz y emitan electrones. Cuando estos electrones libres son capturados, el resultado es una corriente elctrica que puede ser utilizada como electricidad. Las celdas fotovoltaicas se fabrican principalmente de silicio (el segundo elemento ms abundante en la corteza terrestre). Actualmente, existen celdas fotovoltaicas, por ejemplo, en nuestras calculadoras solares as como en los cohetes espaciales.Principio de Funcionamiento

La conversin directa de luz en electricidad a nivel atmico se llamageneracin fotovoltaica. Algunos materiales presentan una propiedad conocida como efecto fotoelctrico, que hace que absorban fotones de luz y emitan electrones. Cuando se captura a estos electrones libres emitidos, el resultado es una corriente elctrica que puede ser utilizada como energa para alimentar circuitos. Las celdas fotovoltaicas, llamadas tambin celdas solares, estn compuestas de la misma clase de materiales semiconductores que se usan en la industria microelectrnica, como por ejemplo el silicio.

Una delgada lmina semiconductora, especialmente tratada, forma un campo elctrico, positivo en un lado y negativo en el otro. Cuando incide energa luminosa sobre ella, los electrones son golpeados y extrados de los tomos del material semiconductor. Como se han dispuesto conductores elctricos en forma de una rejilla que cubre ambas caras del semiconductor, los electrones circulan para formar una corriente elctrica que aporta energa. Cuando la luz solar pega en una celda sola resta puede ser : reflejada, absorvida o pasasr limpiamente a travs de esta. No obstante, solo aquella luz absorvida es la que v a generar electricidad. La energa de la luz es transferida a electrones en los tomos de la clda foto voltaica. Con su nueva energa , estos escapan de sus posiciones normales en los tomos del material semiconductor foto voltaico y se convierten en parte del flujo electrico. Para inducir el campo elctrico construido dentro de una clula foto voltaica, se ponen dos capas de materiales semiconductores ligeramente distintas en contacto entre s. La primera es una capa semiconductora del tipo n con abundancia de electrones con carga negativa. La otra capa semiconductora es del tipo con abundancia de "hoyos" que tienen una carga positiva. Aunque ambos materiales son elctricamente neutros, la silicona del tipo n tiene electrones de sobra y la silicona del tipo p tiene a su vez agujeros de sobra. Colocando estos como sandwich se crea entonces un punto de salida p/n en su fase intermedia creandose entonces ah y por esta razon un campo de fuerza electrico. Cuando n - y silicn del p-tipo entra en el contacto, los electrones del exceso mueven del lado del n-tipo al lado del p-tipo. El resultado es un aumento de cargo positivo a lo largo del lado del n-tipo de la interface y un aumento de cargo negativo a lo largo del lado del p-tipo. Juntura N - P en una celda solar o fotovoltaicaDebido al flujo de electrones y agujeros, los dos semiconductores se comportan como una batera, creando un campo elctrico en la superficie dnde ellos se juntan en la union o juntura p/n. El campo electrico obliga a los electrones a trasladarse desde el semiconductor hacia la superficie negativa de donde quedan disponibles para ser ocupados por algun circuito electrico o acumulacin. Al mismo tiempo los hoyos se mueven en direccion contraria hacia la superficie positiva donde se van a esperar a los electrones que vienen en direccion contraria.Efecto de Absorcin

Seguidor de luz Como funciona el Seguidor de Luz1. Montaje detector de luz

La fotorresistencia trabaja de la siguiente forma: con presencia de Luz la resistencia baja casi a cero y cuando hay oscuridad la resistencia aumenta.... En el circuito cuando hay luz la fotorresistencia vale casi cero y de esta forma la base del transistor queda conectado es al negativo y no conduce..... en la oscuridad la resistencia aumenta tanto que se genera una diferencia de potencial sobre ella (voltaje) esto lo ve la base del transistor y conduce permitiendo que el LED prenda.

Materiales:(1) LED(1) Fotoresistencia(1) Transistor 2N-2222A(1) Resistencias de 1K, 100K y 500 ohmios(1) Fuente entre 5 - 12 Vdc(1) Protoboary alambres para conectar.Como hacer un Robot seguidor de Luz, fcil y rpido (plano, montaje, mecnica, circuito)2. Montaje robot seguidor de luz

Lista de Materiales:(2) LDR o fotoresistencias(2) resistencias 100K ohmios a 1/4 de Vatio(4) resistencias 1K ohmios a 1/4 de Vatio(4) transistores 2N 2222A(2) LED rojos(2) MOTOREDUCTORES Voltaje 3 - 12 Vdc Velocidad : 200 RPM Carga : 1Kg(2) llantas que se acoplen al motoreductor(1) Bateria 9 V(1) conector para bateria de 9V(1) Protoboard(1) Alambres para conexiones en el Protoboard.

Funcionamiento:

una vez montado el circuito si se lleva luz a una de las fotorresistencias la resistencia interior de la misma decrecer hasta su valor mnimo (dependiendo de la fotorresistencia) as dejando pasar la corriente hasta la base del transistor tip31C la cual se "excitara" as dejando pasar corriente por medio de sus terminales (colector-emisor) y dejando en funcionamiento el motor que esta conectado a la rama de esta fotorresistencia que iluminamos previamente. Y lo mismo ocurrir con la otra seccin del circuito si iluminamos la otra fotorresistencia por lo cual, IMPORTANTE : para conseguir el efecto seguidor de luz se deben cambiar de posicin los motores

ejemplo : del lado derecho la fotorresistencia derecha y el motor del la fotorresistencia izquierda y lo mismo con el lado izquierdo por lo cual notaremos que si ilumino una fotorresistencia el robot girara hacia el lado el cual ilumine ya que solo se encender 1 solo motor rotara sobre su eje principal.tener cuidado de que las fotorresistencia no estn muy juntas ya que se iluminan las dos a la vez solo ira en lnea recta