PRESENTACIN DE INFORMES CORRESPONDIENTES A LABORATORIOS DE EL FENMENO DE LA DIFRACCIN (REJILLA), RADIACIN TRMICA Y EFECTO FOTOELECTRICOSESIN II

Presentado por:YOAN MANUEL POVEDA SOTELO JONATHAN FERNNDO GONZALEZ CHAPARROEstudiantes

Presentado a:MIGUEL NGEL ALVAREZ CASTRO

UNIVERSIDAD PEDAGGICA Y TECNOLGICA DE COLOMBIAFACULTAD DE INGENIERAESCUELA DE INGENIERA AMBIENTALTUNJA 2015PRESENTACIN DE INFORMES CORRESPONDIENTES A LABORATORIOS DE EL FENMENO DE LA DIFRACCIN (REJILLA), RADIACIN TRMICA Y EFECTO FOTOELECTRICOSESIN II

Presentado por:YOAN MANUEL POVEDA SOTELO Cd. 201414271JONATHAN FERNANDO GONZALEZ CHAPARRO Cd. 20141186Estudiantes

Informes de Fsica

Presentado a:MIGUEL NGEL ALVAREZ CASTRO

UNIVERSIDAD PEDAGGICA Y TECNOLGICA DE COLOMBIAFACULTAD DE INGENIERAESCUELA DE INGENIERA AMBIENTALTUNJA 2015

TABLA DE CONTENIDO

Pg

INTRODUCCIN..5PRCTICA I: EL FENMENO DE LA DIFRACCIN (REJILLA)1. OBJETIVOS..61.1. OBJETIVO GENERAL..61.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS62. MARCO TERICO .73. MTODO EXPERIMENTAL113.1. MATERIALES Y EQUIPOS113.2. PROCEDIMIENTO123.3. MONTAJE EXPERIMENTAL134. ANLISIS DE RESULTADOS 145. CONCLUSIONES.22

PRCTICA II: RADIACIN TRMICA1. OBJETIVOS241.1. OBJETIVO GENERAL241.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS.242. MARCO TERICO253. MTODO EXPERIMENTAL273.1. MATERIALES Y EQUIPOS273.2. PROCEDIMIENTO283.3. MONTAJE EXPERIMENTAL..284. ANLISIS DE RESULTADOS..295. CONCLUSIONES..31

PRCTICA III: EFECTO FOTOELCTRICO1. OBJETIVOS..331.1. OBJETIVO GENERAL331.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS..332. MARCO TERICO.343. MTODO EXPERIMENTAL..363.1. MATERIALES Y EQUIPOS363.2. PROCEDIMIENTO..373.3. MONTAJE EXPERIMENTAL374. ANLISIS DE RESULTADOS ..395. CONCLUSIONES436. BIBLIOGRAFA 44

INTROUCCIN

Por medio de este trabajo se pretende dar a conocer los fenmenos de la luz, pero en este caso la difraccin, analizando y contrastando resultados obtenidos a partir de un nmero de rejillas, por otro lado se estudiar fondo la radiacin trmica de tal forma que se puedan conocer la radiacin electromagntica infrarroja de diferentes superficies, tratar te mas potencia y temperatura, determinar de manera cuantitativa la ley de Stefan- Boltzman entre otros temas.Y por ltimo se profundizar de carcter terico-prctico del efecto fotoelctrico, es decir la interaccin que se presenta entre la radiacin y la materia, su comportamiento, intensidad, frecuencia, potencial frenado entre otros.

PRACTICA N ICOMPORTAMIENTO ONDULATORIO DE LA LUZFENMENO DE LA DIFRACCIN

1. OBJETIVOS

1.1. OBJETIVO GENERAL:

Determinar el comportamiento de la difraccin de las ondas, especialmente la luz.

1.2. OBJETIVOS ESPECFICOS: Comprender el comportamiento de la luz cuando atraviesa rejillas de diferente espesor. Calcular cual es el valor del espesor del cabello humano mediante el fenmeno de la difraccin. Profundizar en el comportamiento de la luz profundizando de temas como la longitud de onda (lser), patrones de difraccin.

2. MARCO TERICO

En general la difraccin ocurre cuando las ondas pasan a travs de pequeas aberturas, alrededor de obstculos o por bordes afilados. Cuando un objeto opaco se encuentra entre la fuente puntual de luz y una pantalla como se muestra en la imagen superior, la frontera entre las regiones sombreadas e iluminada sobre la pantalla no est definida. Una inspeccin cuidadosa de la frotera muestra que una pequea cantidad de luz se desva hacia la regin sombreada. La regin fuera de la sombra contiene bandas alteradas brillantes y oscuras, donde la intensidad de la primera banda es ms brillante que la regin de iluminacin uniforme.

Fenmeno de la difraccin en una rejillaExtrado de : https://es.wikipedia.org/wiki/Difracci%C3%B3n_(f%C3%ADsica)

EN ITALIAposiblemente mientras Newton desarrollaba su famosaptica o Tratado de la reflexiones, refracciones, inflexiones y colores de la luz un jesuita italiano, Francesco Grimaldi (1618-1663), fsico y astrnomo, quien en 1651 dio los nombres que hasta ahora conservan los accidentes del lado visible de la Luna, descubra un importante fenmeno ptico llamado por l mismodifraccin de la luz.Este fenmeno se presenta siempre que de la luz emitida por una fuente se separa una fraccin interponiendo un cuerpo opaco y esto es lo que da origen a su nombre: divisin en fracciones.La difraccin se puede observar interponiendo, justo frente a un ojo, una ranura muy estrecha recortada en una lmina opaca; o bien, una ranura formada por los filos de dos hojas de afeitar pegadas con durex sobre una ranura ms ancha recortada en una tira de cartoncillo (Figura 16). Mirando solamente por este ojo una luz distante, por ejemplo la flama de una vela colocada a unos metros de distancia, esperaramos percibir la imagen de la flama como en la figura 17(a); sin embargo, si la ranura es suficientemente estrecha, se perciben varias imgenes como en la figura 17(b). Esto, desde luego, tampoco es lo que esperaramos de acuerdo con la ptica geomtrica. La figura 18(a) muestra las regiones geomtricas de iluminacin y de sombra producidas por una ranura. Si colocramos el ojo justo en el origen de estas regiones los rayos de la regin de iluminacin pasaran al interior del ojo y formaran una imagen, y slo una, de la flama de la vela; esto es lo que vemos por una ranura ancha (Figura 17(a)). Las imgenes mltiples que se observan con la ranura delgada indican que, al pasar por la ranura, la luz forma varias regiones de iluminacin a ambos lados de una regin central iluminada que corresponde, ms o menos, a la regin geomtrica de iluminacin. El ojo forma imgenes con los rayos que recibe de cada una de estas regiones y las percibe como en la figura 17(b).

Figura 16(a). Una ranura delgada para observar el fenmeno de la difraccin de la luz construida fijando con durex dos hojas de afeitar, filo a filo, sobre una ranura ms ancha recortada en una tira de cartoncillo. Antes de fijar las hojas con durex los filos se mantienen separados por el espesor de una tira de papel. (b) La ranura de difraccin terminada.

Figura 17. La imagen de la flama de una vela segn la percibe el ojo. (a) A travs de una ranura ancha; (b) A travs de una ranura delgada; de difraccin.

Figura 18. Las zonas de iluminacin y de sombra producidas por una ranura delgada. (a) Segn la ptica geomtrica. (b) Segn se observa en una ranura de difraccin.

3. MTODO EXPERIMENTAL

3.1. MATERIALES Y EQUIPOS

Para la realizacin ptima del comportamiento de la luz, en este caso, el fenmeno de la difraccin, se necesit de varios implementos de laboratorio como rejillas, un lser, un proyector, un metro entre otros.

Rejillas de diferente grosor

Montaje donde se proyecta el lser

3.2. PROCEDIMIENTO

Se conect primeramente el montaje ya que ste permita e incida un haz de luz de lser que traspasaba por una rejilla. Por medio de este haz de luz (lser), gracias a una rejilla de diferente grosor se podan ver diferentes lneas una brillante en la parte central y lneas menos intensas a cada lado.

Primeramente se encendi un montaje respectivo de la prctica. Se escogieron 5 rendijas de diferente espaciamiento entre rendija, d, observando los patrones de difraccin. Se determin el valor d, para cada rejilla, a travs de la relacin:

Se establecieron el nmero de m observados a izquierda y derecha del mximo de orden 0. Midiendo la distancia X, gracias a un metro, desde m=0 hasta cada m observado, para cada rejilla. Luego del anterior paso, se prosigui a calcular la longitud de onda, , de la luz de lser utilizada, para cada valor de m y para todas las rejillas.

Por ltimo, en lugar de una rejilla de difraccin se utiliz un alambre cuyo espesor se comparable al de un cabello humano, ubicndolo en la posicin de la rejilla, donde se logr observ la distribucin de intensidades y midiendo sus diferentes distancias X para cada m observado. Teniendo en cuenta que . Determinando el valor d.

3.3. MONTAJE EXPERIMENTAL

4. ANLISIS DE RESULTADOS

Con respecto a la prctica de la rejilla de difraccin se obtuvieron los siguientes resultados:

Teniendo en cuenta las condiciones de difraccin, se establece el valor respectivo de onda (). Gracias a la siguiente frmula:

Luego de tomar los respectivos clculos, se emple el alambre cuyo espesor se asemeja a un cabello humano. Se ubic en la posicin de la rejilla, observando la distribucin de intensidades y midiendo las distintas distancias, X para cada uno m observado. Para esto se tom como criterio que la longitud de onda de la luz lser empleada es conocida, cuyo valor es, =632,8 nm, determinando su valor de d, que corresponder al espesor del alambre.

Conversin respectiva para que el grosor del alambre este en unidades de longitud (cms)

X= 6,328X10^-5 cm

Se obtienen un nmero mayor de mximos de orden con rejillas de menor o mayor espaciamiento entre rendijas?

El nmero de lneas que se encuentran en cada rejilla es inversamente proporcional a los mximos de orden, es decir, que a mayor nmero de lneas que se encuentre en la rejilla menor va a ser el nmero de mximos de orden.Para ejemplificar lo anterior se toma como referencia las siguientes imgenes:

En la determinacin de la longitud de onda de la luz lser empleada. Qu variables pudieron haber afectado la medicin y posteriormente los resultados?

Las variables son la longitud de onday el enteron, as que cada haz difractado corresponder al primer orden de difraccin(n=1)de una cierta longitud de onda, al segundo orden(n=2)de la longitud de onda mitad(/2), al tercer ordenn=3de la longitud de onda/3, etc. Dichos errores sistemticos se han puesto de manifiesto en el clculo de la distancia entre ranuras (d) y tambin el ancho de ranuras (a).

A qu fenmeno se le atribuye la coloracin que se presenta en los CD al exponerlos a la luz visible?

Al fenmeno de la dispersin, el CD acta como una rejilla de difraccin, debido a que el tamao de sus ranuras es muy pequeo y comparable con la longitud de onda de la luz que incide sobre l. El CD iluminado devuelve luz desde mltiples puntos, de tal forma que la luz emitidaen todas las direcciones desde cada uno de ellos interfiere con las emitidas desde los dems. Estas interferencias provocan que cada luz de una determinada longitud de onda (cada color) emerja del CD con un ngulo diferente. La interferencia provoca que al iluminar el CD con un haz de luz no monocromtica, cada longitud de onda (cada color) emerja de la rejilla con un ngulo diferente, lo que implica que globalmente la luz se descomponga, de la misma manera que ocurre (en este caso, por refraccin) al pasar a travs de un prisma. En resumen, el CD se puede considerar una rejilla de difraccin, que permite obtener el espectro de la luz reflejada sobre l (cada tipo de fuente luminosa produce un espectro diferente). A modo de ejemplo, la fotografa adjunta muestra el espectro de colores producido por un CD iluminado en el laboratorio del Instituto por la luz blanca de una bombilla incandescente.

Explique en qu consiste la difraccin de rayos X por cristales.

Lacristalografa de rayos Xes una tcnica experimental para el estudio y anlisis de materiales, basada en el fenmeno dedifraccinde losrayos Xpor slidos en estadocristalino. Los rayos X son difractados por loselectronesque rodean los tomos por ser sulongitud de ondadel mismo orden de magnitud que elradio atmico. El haz de rayos X emergente tras esta interaccin contiene informacin sobre la posicin y tipo de tomos encontrados en su camino. Los cristales, gracias a su estructura peridica,dispersan elsticamentelos haces de rayos X en ciertas direcciones y los amplifican porinterferencia constructiva, originando un patrn de difraccin.Existen varios tipos de detectores especiales para observar y medir la intensidad y posicin de los rayos X difractados, y su anlisis posterior por medios matemticos permite obtener una representacin a escala atmica de los tomos y molculas del material estudiado. Max von Lauerealiz los primeros experimentos de cristalografa de rayos X en 1912. Von Laue,William Henry BraggyWilliam Lawrence Braggdesarrollaron inicialmente la teora de difraccin de cristales, tarea a la que pronto se sumaron otros cientficos. A lo largo del siglo XX tuvieron lugar varios avances tericos y tcnicos, como la aparicin de lossuperordenadoresy el uso desincrotronespara la produccin de rayos X, que incrementaron la capacidad del mtodo para determinar las propiedades estructurales de todo tipo de molculas:sales, materiales inorgnicos complejos,protenasy hasta componentes celulares como losribosomas. Es posible trabajar con monocristales o con polvo microcristalino, consiguindose diferentes datos en ambos casos: para las aplicaciones que requieren solo una caracterizacin precisa de los parmetros de la red cristalina, puede ser suficiente la difraccin de rayos X por polvo; para una dilucidacin precisa de las posiciones atmicas es preferible trabajar con monocristales.Dada la relacin existente entre la estructura tridimensional de las molculas y sus propiedades qumicas y fsicas, la cristalografa ha contribuido al avance en varias disciplinas cientficas como laqumica, labiologa molecular, lageologa, lafsica aplicaday laciencia de materiales. La amplia disponibilidad de tubos de rayos X, complementada con el desarrollo de fuentes de rayos X de alta intensidad ha aumentado significativamente su impacto en estos campos de investigacin as como en reas con aplicaciones industriales, como eldesarrollo de frmacosy lamineraloga aplicada. La mayor limitacin de este mtodo es la necesidad de trabajar con sistemas cristalinos, por lo que no es aplicable adisoluciones, a sistemas biolgicosin vivo, asistemas amorfoso agases. En algunos casos, los rayos X pueden romper losenlaces qumicosque mantienen la integridad estructural, lo que resulta en un modelo distorsionado de la molcula estudiada. Este problema afecta especialmente a los materiales de inters biolgico.

5. CONCLUSIONES

El fenmeno de la difraccin es el responsable de que al mirar a travs de un agujero muy pequeo todo se vea distorsionado o de que los telescopios y microscopios tengan un nmero de aumentos mximo La intensidad del patrn observado sobre un pantalla es el resultado de los efectos combinados de interferencia y difraccin, ya que cada ranura produce difraccin y los haces difractados interfieren entre s para producir el patrn final.

PRCTICA II: RADIACIN TRMICA

RESUMEN En la prctica realizada se realiz un montaje sencillo el cual consisti en analizar la forma en que se produce la radiacin electromagntica infrarroja proveniente de diversas superficies, con el fin de completar una tabla en la que se identificaba la relacin existente entre potencia y temperatura para una superficie que radia trmicamente, para ello se utilizaron diferentes materiales como: un sensor de radiacin, un voltmetro, un escudo de radiacin trmica, cables conectores ,cubo de radiacin trmica, Ohmmetro, lamina de vidrio.

1. OBJETIVOS

1.1. OBJETIVO GENERAL

Analizar la forma en que se produce la radiacin electromagntica infrarroja proveniente de diversas superficies.

1.2. OBJETIVOS ESPECFICOS

Identificar la relacin existente entre potencia y temperatura para una superficie que radia trmicamente. Identificar la radiacin emitida por un sistema denominado cuerpo negro. Identificar la relacin de proporcionalidad existente entre la radiacin trmica y la distancia.

2. MARCO TERICO

Los tres mecanismos de transferencia de calor son: conduccin, conveccin y radiacin. La conduccin ocurre cuando hay contacto entre los cuerpos. La conveccin depende del movimiento de una masa de una regin a otra del espacio. La radiacin es la transferencia de calor por radiacin electromagntica.Todo cuerpo emite radiacin en forma de energa electromagntica. La potencia total radiada por un cuerpo es proporcional a su rea A, tambin depende de la naturaleza de la superficie que irradia y de su temperatura absoluta T.

Viene dada por la ley de Stefan Boltzmann:

(Constante de Stefan- Boltzmann )

Donde e es la emisividad la cual caracteriza las propiedades de emisin de una superficie y depende del material. Es un nmero adimensional que puede variar entre 0 y 1. La potencia radiada por unidad de rea R proveniente de una fuente se puede expresar como: Se tiene que el fenmeno de la radiacin la energa se propaga en forma de ondas electromagnticas o partculas subatmicas a travs del vaco o de un medio material. En determinadas condiciones, los cuerpos emiten energa en forma de radiacin, as como tambin absorben la emitida por otros cuerpos. La longitud de onda de la radiacin puede ser muy pequea, en el caso de la llamada radiacin gamma, o muy grande como en las ondas de radio. Se mide en unidades de Nanmetros (1nm = 10-9m) y Angstrom (1A =10-10m).

CUERPO NEGRO.Un cuerpo negro es un cuerpo ideal que absorbe toda la luz y toda la radiacin trmica. Forma parte de un modelo ideal que permite el estudio de emisin de radiacin electromagntica.La radiacin electromagntica emitida por un cuerpo negro se denomina radiacin del cuerpo negro, todos los cuerpos son capaces de emitir energa electromagntica la cual se propaga tanto en los medios materiales como en el vaco. A temperatura ambiente, la energa emitida por los cuerpos es relativamente baja y corresponde a longitudes de onda mayores que la de la luz visible ( de menor frecuencia).En tanto aumenta la temperatura de los cuerpos, aumenta el nivel de energa emitida y las longitudes de onda son menores y puede eventualmente experimentar un cambio de color.Los cuerpos no emiten con igual intensidad a todas las frecuencias o longitudes de onda, sino que responden a la distribucin de Planck (Figura 2).

Para cuerpos a la misma temperatura, la energa emitida depende de la naturaleza de la superficie. Una superficie mate o negra tiene un poder emisor mayor que una superficie brillante. La ley de Kirchhoff establece que un cuerpo buen emisor de energa es tambin buen absolvedor de dicha energa. As, los cuerpos de color ms obscuros son buenos absolvedores, en tanto el cuerpo negro es un cuerpo ideal, no existente en la naturaleza, que absorbe toda la energa.La ley de cuadrado inverso que establece la relacin inversa de la distancia entre la fuente de luz y un fotodetector.3. MTODO EXPERIMENTAL

3.1. MATERIALES Y EQUIPOSCubo de radiacin trmica

Lmpara de Stefan-Boltzmann

Sensor de radiacin

Fuente de poder

Multmetro

Cinta mtrica

Termmetro

3.2. PROCEDIMIENTO:

Conectar el ohmmetro al cubo de radiacin trmica y el voltmetro al sensor de radiacin Encender el cubo de radiacin trmica y llevar la perilla de potencia relativa a la escala ALTA. Observar la lectura que registra el ohmmetro, cuando este indique alrededor de 40K llevar la perilla a escala de 5 Cuando el cubo alcance el equilibrio trmico, la lectura del ohmmetro fluctuara alrededor de un valor fijo, Despus de lograr el equilibrio use el sensor para medir la radiancia emitida a cada cara del cubo Registrar la medidas halladas para potencias relativas de: 6,5, 8, Alto y 5

3.3. MONTAJE EXPERIMENTAL

4. ANLISIS DE RESULTADOS

Potencia Relativa56,58ALTO

Resistencia k3111,51210,51

Temperatura (C)5,52,72,7

SuperficieMedida de la radiancia (mV)

Negra3,87,77,57,9

Blanca3,87,57,47,7

Aluminio pulido0,40,50,60,6

Aluminio opaco2,04,144

Enliste las superficies de radiacin trmica en orden de la cantidad de radiacin emitida el orden es independiente de la temperatura?El orden de mayor a menor radiacin emitida es: Negra, Blanca, Aluminio opaco y Aluminio pulido; este orden predomina en cada toma de datos experimental, en cuanto a la variable temperatura se observa que. El orden es independiente de la temperatura ya que a cualquier temperatura se mantiene el mismo orden de intensidad de radiacin emitida por cada superficie, esto se debe a la composicin y color de cada placa.

Es una regla general que un buen adsorbente de radiacin tambin es un buen emisor Las mediciones estn de acuerdo con esta regla? Todas las sustancias emiten energa radiante slo por tener una temperatura superior al cero absoluto. Cuanto mayor es la temperatura, mayor es la cantidad de energa emitida. Adems de emitir radiacin, todas las sustancias son capaces de absorberla. Una superficie de negro de carbono puede llegar a absorber aproximadamente un 97% de la radiacin incidente. En teora, un cuerpo negro sera tambin un emisor perfecto de radiacin, y emitira a cualquier temperatura la mxima cantidad de energa disponible. Por eso, aunque un cubito de hielo emite energa radiante de forma continua, se funde si se ilumina con una lmpara incandescente porque absorbe una cantidad de calor mayor de la que emite.

Diferentes objetos a aproximadamente diferente temperatura emiten diferentes cantidades de radiacin? El poder emisor de una superficie es proporcional a la cuarta potencia de su temperatura absoluta. Para cada temperatura y cada longitud de onda existe un mximo de energa radiante. Slo un cuerpo ideal (cuerpo negro) emite radiacin ajustndose exactamente a la ley de Planck. Los cuerpos reales emiten con una intensidad algo menor. Todo tipo de objetos que tengan una temperatura distinta de cero absoluto emiten radiacin infrarroja

Qu sugieren sus resultados sobre el fenmeno de prdida de calor a travs de los vidrios? El vidrio transmite grandes cantidades de radiacin ultravioleta, de baja longitud de onda, pero es un mal transmisor de los rayos infrarrojos, de alta longitud de onda. Una consecuencia de la distribucin de Planco, la longitud de onda a la que un cuerpo emite la cantidad mxima de energa radiante disminuye con la temperatura. Esto explica el calentamiento de los invernaderos. La energa radiante del Sol, mxima en las longitudes de onda visibles, se transmite a travs del vidrio y entra en el invernadero. En cambio, la energa emitida por los cuerpos del interior del invernadero, predominantemente de longitudes de ondas mayores, correspondientes al infrarrojo, no se transmiten al exterior a travs del vidrio. As, aunque la temperatura del aire en el exterior del invernadero sea baja, la temperatura que hay dentro es mucho ms alta porque se produce una considerable transferencia de calor neta hacia su interior.

Qu sugieren sus resultados acerca del efecto invernadero? El efecto invernadero se refiere al papel que tiene la atmosfera en el calentamiento de la superficie terrestre. La atmsfera es prcticamente transparente a la radiacin solar de onda corta, por lo cual la radiacin es absorbida por la superficie de la Tierra. Sin embargo gran parte de la radiacin se vuelve a emitir hacia el espacio con una longitud de onda correspondiente a los rayos infrarrojos, pero esta vuelve a ser reflejada a superficie de la tierra, con ayuda de gases presentes en la atmosfera como son: dixido de carbono, Perfluorotributilamina, metano, xido nitroso, y los clorofluorocarbonos (CFC) que son los reducen el ozono. Generando que esta radiacin se mantenga constante en la Tierra, generando las alzas en la temperatura global y derretimiento de los polos.

5. CONCLUSIONES

Al aumentar la corriente que pasa por lo resistencia aumenta la temperatura de la misma y la frecuencia de la luz emitida.

La distribucin radiacin emitida por un cuerpo negro, para las longitudes de onda ms cortas, la energa aumenta a medida que aumenta la temperatura.

Existe una relacin proporcional entre la temperatura y la cantidad de radiacin emitida, como se pudo observar en la parte experimental al tener una temperatura mayor (5,5C) la radiacin emitida es menor (3,8) y a una temperatura menor (2,7C) la radiacin emitida es mayor (7,7), tienen una relacin inversamente proporcional.

Al aumentar la potencia relativa aumenta la temperatura y disminuye la resistencia

Las sustancias que intercambian calor no tienen que estar en contacto, sino que pueden estar separadas por un vaco.

PRACTICA III: EFECTO FOTOELECTRICO

1. OBJETIVOS

1.1. OBJETIVO GENERAL:

Establecer el modelo ondulatorio de la radiacin electromagntica en contraste con el modelo cuntico. Estudiando el efecto fotoelctrico

1.2. OBJETIVOS ESPECFICOS:

Determinar los valores de la constante de Planck y la correspondiente funcin trabajo del metal. Determinar cul es la relacin entre la frecuencia y la energa del efecto fotoelctrico.

2. MARCO TERICO

Elefecto fotoelctricoconsiste en la emisin de electrones por un material cuando se hace incidir sobre l unaradiacin electromagntica(luz visible o ultravioleta, en general). El efecto fotoelctrico fue descubierto y descrito porHeinrich Hertzen 1887, al observar que el arco que salta entre dos electrodos conectados a alta tensin alcanza distancias mayores cuando se ilumina con luz ultravioleta que cuando se deja en la oscuridad. La explicacin terica fue hecha porAlbert 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 loscuantosdeMax Planck. Ms tardeRobert Andrews Millikanpas diez aos experimentando para demostrar que la teora de Einstein no era correcta, para finalmente concluir que s lo era. Eso permiti que Einstein y Millikan fueran condecorados conpremios Nobelen 1921 y 1923, respectivamente. Se podra decir que el efecto fotoelctrico es lo opuesto a los rayos X, ya que el efecto fotoelctrico indica que los fotones pueden transferir energa a los electrones. Los rayos X (no se saba la naturaleza de su radiacin, de ah la incgnita "X") son la transformacin en un fotn de toda o parte de la energa cintica de un electrn en movimiento. Esto se descubri casualmente antes de que se dieran a conocer los trabajos de Planck y Einstein (aunque no se comprendi entonces).

Comportamiento Efecto FotoelectricoExtrado de : http://www.nucleares.unam.mx/~vieyra/node9.html

Elefecto fotoelctricoes el fenmeno en el que las partculas de luz llamadas fotn, impactan con los electrones de un metal arrancando sus tomos. El electrn se mueve durante el proceso, dado origen a una corriente elctrica. Este fenmeno es aprovechado en las plantas que utilizan paneles solares, los cuales reciben la energa lumnica del sol transformndola en electricidad.Albert Einstein public en 1905 varios artculos entre los cuales uno trataba del efecto fotoelctrico y por el cual recibi el premio Nobel de Fsica en 1922. Mucho antes, en 1900, Max Plank haba explicado el fenmeno de laradiacin del cuerpo negrosugiriendo que la energa estaba cuantizada, pero Einstein lleg an ms lejos explicando -de acuerdo a los cuantos de Plank- que no solo la energa sino tambin la materia son discontnuas.

EXPLICACIN:Los fotones del rayo deluztienen unaenergacaracterstica determinada por lafrecuenciade la luz. En el proceso de fotoemisin, si unelectrnabsorbe la energa de un fotn y ste ltimo tiene ms energa que la funcin de 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.Los electrones pueden absorber energa de los fotones cuando son irradiados, pero siguiendo un principio de "todo o nada". Toda la energa de un fotn debe ser absorbida y utilizada para liberar un electrn de unenlace atmico, o si no la energa es re-emitida. Si la energa del fotn es absorbida, una parte libera al electrn deltomoy el resto contribuye a laenerga cinticadel electrn como una partcula libre.Einsteinno se propona estudiar las causas del efecto en el que los electrones de ciertos metales, debido a una radiacin luminosa, podan abandonar el metal con energa cintica. Intentaba explicar el comportamiento de la radiacin, que obedeca a la intensidad de la radiacin incidente, al conocerse la cantidad de electrones que abandonaba el metal, y a la frecuencia de la misma, que era proporcional a la energa que impulsaba a dichas partculas.

Leyes de la emisin fotoelctrica1. Para unmetaly una frecuencia de radiacin incidente dado, la cantidad de fotoelectrones emitidos esdirectamente proporcionala la intensidad de luz incidente.22. 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".3. 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.4. La emisin del fotoelectrn se realiza instantneamente, independientemente de la intensidad de la luz incidente. Este hecho se contrapone a la teora Clsica: la Fsica Clsica esperara que existiese un cierto retraso entre la absorcin de energa y la emisin del electrn, inferior a unnanosegundo.

3. MTODO EXPERIMENTAL

3.1. MATERIALES Y EQUIPOS

Para la realizacin ptima del comportamiento de la luz, en este caso, el efecto fotoelctrico, se necesit de varios implementos de laboratorio como voltmetro, equipo h/e PASCO AP-9368, kit de accesorios del respectico equipo.

3.2. PROCEDIMIENTO

Para el desarrollo de la prctica se necesitan del siguiente proceso: Se ajusta el aparato h/e de tal manera que una de las lneas del espectro de frecuencias incida en el fotodiodo. Colocando el filtro del mismo color (amarillo verde) que el color seleccionado del espectro de frecuencias emitido por la luz de vapor Hg de la fuente.

Se coloc el filtro de transmisin variable frente al reflector blanco, o sobre el filtro de color, de forma tal que la luz pase sobre la seccin marcada como 100% y alcance el fotodiodo. Se midi el voltaje correspondiente. Se presion el botn d descarga del instrumento, soltarlo y medir el tiempo de recarga del voltaje mximo. Se realiz este proceso para todas las secciones del filtro de trasmisin.

Se repiten los dos primeros pasos mencionados anteriormente, pero utilizando el siguiente color del espectro de frecuencias generado por la fuente de luz de Hg.

Se describe cul es el efecto al emplear los dos filtros de color, sobre la barrera de potencial, la mxima energa de los fotones y el tiempo de recarga.

Se observa cuantas veces se repite el espectro. Repitiendo los dos primeros pasos para las franjas en que sea posible el proceso de medicin.

3.3. MONTAJE EXPERIMENTAL

4. ANLISIS DE RESULTADOS

Uso de los filtros:

Previamente instalado el experimento siguiendo las indicaciones, encendemos la lmpara y esperamos diez minutos para que tome su mayor intensidad. Con la rejilla de difraccin y la lente, seleccionamos dos colores: el verde y amarillo. Sabemos que los colores verde y amarillo tienen longitudes de onda de 550 nm y 580 nm, as como frecuencias dadas por respectivamente. La energa de un fotn emitido est en funcin lineal de su frecuencia, as diremos que el color verde es ms energtico que el amarillo. Observamos que el efecto del filtro sobre el paso del color hacia el sensor requiere menos tiempo para llegar al potencial de frenado en el color verde que el amarillo. La energa mxima de los fotoelectrones est dada por la ecuacin ya obtenida .as en cada porcentaje del filtro tenemos una energa de los fotoelectrones.FV

Cada color tiene su propio potencial de frenado. Al realizar las mediciones, observamos que el violeta tiene un potencial de frenado mayor que el color amarillo, esto ocurre por, la frecuencia los fotoelectrones emitidos por la lmpara de gas de mercurio es mayor para la luz violeta que para la luz amarilla y por tanto tiene mayor energa.

De qu depende la energa cintica mxima de los fotoelectrones?La energa mxima de los fotoelectrones est relacionado directamente con el voltaje que tenga ya que su frmula es: , donde e es una constante dejando solamente al voltaje

Relacin energa y frecuencia

De acuerdo con el modelo cuntico de la luz, la energa de la luz es directamente proporcional a su frecuencia. As, las frecuencias altas corresponden at energas altas. Con base en ello, podemos determinar la constante de Planck h:

FV

La grafica est dada por la ecuacin donde la pendiente es y el punto de corte es , grficamente el corte con el eje Y se presenta en -0,0142 VAs la funcin trabajo es

A partir de la pendiente podemos calcular la constante de Planck

Este es el valor experimental de la constante de Planck

El nmero de electrones liberados, o fotoelectrones, es proporcional a la intensidad de la radiacin incidente?Para unmetaly una frecuencia de radiacin incidente dado, la cantidad de fotoelectrones emitidos esdirectamente proporcionala la intensidad de luz incidente. Ya que este postulado obedece a la primera ley de la emisin fotoelctrica.

LEYES DE LA EMISIN FOTOELCTRICA1. Para unmetaly una frecuencia de radiacin incidente dado, la cantidad de fotoelectrones emitidos esdirectamente proporcionala la intensidad de luz incidente. 2. 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".3. 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.4. La emisin del fotoelectrn se realiza instantneamente, independientemente de la intensidad de la luz incidente. Este hecho se contrapone a la teora Clsica:la Fsica Clsica esperara que existiese un cierto retraso entre la absorcin de energa y la emisin del electrn, inferior a unnanosegundo.

Existe una frecuencia umbral por debajo de la cual no ocurre el efecto fotoelctrico?La frecuencia de corte es aquella que por debajo de la cual un determinado modoelectromagnticono puede ser transmitido en un medio guiado.V Por debajo de dichafrecuencia umbralno se produceefecto fotoelctrico, aunque aumentemos muchsimos la intensidad de la radiacin. Por encima de la frecuencia umbral s que se produce el efecto fotoelctricoy laemisin de electroneses mayor a medida que aumentamos la intensidad de la radiacin.

5. CONCLUSIONES

La relacin entre potencial de barrea en funcin de la frecuencia es directamente proporcional, es decir, que a mayor potencial que se genere mayor va a ser la frecuencia. Para una mayor claridad se puede ver en el siguiente grfico.

La emisin electrnica aumenta cuando se incrementa la intensidad de la radiacin que incide sobre la superficie del metal, ya que hay ms energa disponible para liberar electrones. toda laradiacin electromagnticaest cuantificada, y se produce en finitos "paquetes" de energa que llamamos fotones. El cuanto de energa de un fotn no es la constante de Plancken s, sino el producto dehpor la frecuencia. La cuantificacin implica que un fotn de luz azul de una longitud de onda o frecuencia dada, siempre tendr el mismo tamao cuntico de energa.} Se puede analizar que apartir de la grfica Voltaje Vs Frecuencia, mediante un proceso deregresi se puede calcular la constante de Planck.

6. BIBLIOGRAFA

Lee todo en:Definicin de luz - Qu es, Significado yConceptohttp://definicion.de/luz/#ixzz3fz1E1e3F http://www.quimicaweb.net/grupo_trabajo_ccnn_2/tema5/ http://www.fisicapractica.com/campo-magnetico.php http://www.fisicanet.com.ar/fisica/magnetismo/ap01_campo_magnetico.php http://laplace.us.es/wiki/index.php/Campo_magn%C3%A9tico_de_una_espira_circular http://www.quimicaweb.net/grupo_trabajo_fyq3/tema9/tema9.html http://www.quimicaweb.net/grupo_trabajo_fyq3/tema9/tema9.html R. C. Weast ed., Handbook of Chemistry and Physics, CRC Press, Cleveland. S/d. 2. Flix Rodrguez Trelles, Temas de Electricidad y Magnetismo. Ed. Eudeba, Buenos Aires, 1984. 3. J. D. Jackson, Classical Electrodynamics, Ed. John Wiley & Sons, New York, Second Edition, 1975. 4. S. Y. Mak y K. Young, Am. J. Phys. 54, 808 (1986). 5. J. Hall, Phys. Teacher 35, 80 (1997). http://www.ucm.es/data/cont/docs/76-2013-07-11-23_Thomsons_ring.pdf ... via Definicin ABC http://www.definicionabc.com/ciencia/energia-termica.php