Efecto fotoeléctrico

Atómica. Constante Planck. Célula fotoeléctrica. Fotón incidente. Función de trabajo. Energía, nivel energético. Electrones

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Objetivos:

1.- Demostración del efecto fotoeléctrico.

2.- Determinación de la constante de Planck (h), a través del efecto fotoeléctrico.

Conocimientos Previos:

Constante de Planck (h):

La constante de planck, h, se obtuvo del Modelo de Cuantización desarrollado por Max Planck (1858 - 1947) en el año 1900. Este modelo supone que la energía de la onda luminosa está presente en paquetes de energía llamados fotones; Por lo tanto, se dice que la energía está cuantizada. Deacuerdo con esta teoría, la energía de un fotón es proporcional a la frecuencia de la onda electromagnética: E=h*f. De donde se obtiene la constante de Planck h=6.63*10-34 Js.

Efecto Fotoeléctrico:

Es un proceso por medio del cual los electrones se expulsan de una superficie metálica cuando la luz incide sobre dicha superficie. Einstein brindo una explicación útil de este efecto extendiendo la hipótesis cuántica de Planck al campo electromagnético. En este modelo, la luz se considera como una corriente de fotones, cada uno con energía E=h*f, donde f es la frecuencia y h es la constante de Planck.

Célula Fotoeléctrica:

Es una célula cuya principal característica es que cuando la luz incide en el fotocatodo, se emiten electrones fotoeléctricos debido al efecto fotoeléctrico exterior.

Obtención de la constante de Planck:

De la relación gráfica entre la frecuencia (f) y el voltaje (V), se obtendrá una pendiente de la recta característica. Dicha pendiente se debe igualar a la relación h/e para cumplir con la siguiente ecuación: "V / "f = h / e. La frecuencia se obtiene de la siguiente relación: f = c / e.

Formula de Einstein

Energía fotón incidente

eV = hf - Wt

Energía cinética función de trabajo

Gráficamente:

V (volt)

f*1014 (Hz)

578 546 436 405 366  (nm)

Hg

I fotocorriente

R

Si la energía cinética es igual a cero, hf umbral es igual Wt que implica frecuencia de corte.

Método:

Los instrumentos utilizados serán:

  • Fuente de alta tensión

  • Preamplificador de medida o electrómetro

  • Fotocelda

  • Lámpara de Hg

  • Voltímetro

  • 5 filtros de distintos colores

fuente de alta tensión voltímetro

Fotocelda Lámpara de Hg

Electrómetro

EL método consiste en realizar la instalación como lo muestra la figura, donde la fuente de alta tensión alimenta la lámpara de mercurio, con el electrómetro se mide el paso de los eléctrones que fluyen en la fotocelda, además se conectará el voltímetro en paralelo al electrómetro para poder realizar las mediciones posteriores.

Planificación:

Para realizar el experimento nos basaremos en el esquema del método, conectando el voltímetro en paralelo al electrómetro, con el sistema ya listo se comenzará a colocar cada filtro en la fotocelda, la cual se juntará a la lámpara de mercurio a una distancia mínima. A su vez se resetiará la fuente de alta tensión para poder obtener el voltaje exacto de cada filtro, este voltaje será medido por el voltímetro.

Esta medición se realizará para cada uno de los filtros, los cuales tienen distintas longitudes de ondas medidas en [nm]

Cálculos:

Las longitudes de onda de cada filtro, con su color y su respectivo voltaje y frecuencia resultante de la medición son:

  • Amarillo  = 578nm V = 0.72volt f = 5.19 E14Hz

  • Verde  = 546nm V = 0.9 volt f = 5.49 E14Hz

  • Violeta  = 436nm V = 1.55volt f = 6.88 E14Hz

  • Violeta  = 403.2nm V = 1.78volt f = 7.44 E14Hz

  • Ultra violeta  = 365.2nm V = 2.15volt f = 8.21 E14Hz

  • En el cálculo para la pendiente se utilizaron los siguientes datos:

    "V/"f = (1.78 - 1.55) / ( 7.44E14 - 6.88E14) = 4.11 E-15 (volt*s)

    Con este valor podemos calcular la constante de Planck que para este caso nos dio:

    ("V/"f) * e = 6.58 E-34

    Conclusión:

    Podemos concluir que para este experimento cada filtro de interferencia al tener un valor de longitud de onda distinto, también resultará una frecuencia y voltaje distinto para cada filtro. Esto nos lleva a calcular, junto con el valor de carga del electrón q = 1.602E-19, y basándonos en el gráfico, que va anexado, la constante de Planck que para este caso nos resultó ser aproximadamente:

    h = 6.58 E-34 (Js)

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