Efecto fotoelctrico

En 1887 el cientfico Hertz durante uno de

sus experimentos, irradi,

accidentalmente, una esfera metlica con

luz ultravioleta y observ que se produca

una chispa entre esferas (descarga) con

mayor facilidad. Dado que el electrn no

se haba descubierto an, el cientfico no

pudo explicar este fenmeno. Luego del

descubrimiento del electrn se re

investig este tema por el cientfico

hngaro-alemn Philipp Eduard Von

Anton Von Lenard indic que los metales

emiten electrones debido a la incidencia

de luz.

La emisin de electrones por efecto de la luz, o sea radiacin electromagntica, sobre la

materia (en especial metales) se denomina Efecto fotoelctrico y los electrones emitidos

Fotoelectrones.

La frecuencia de la onda con que se irradiaba el metal marcaba diferencia. Debajo de

cierta frecuencia denominada Frecuencia de umbral, no salan electrones emitidos.

Tambin se observ que a mayor intensidad no se aumentaba la velocidad de los

electrones que se emitan, en cambio aumentaba el nmero de electrones que se emitan.

No obstante, una mayor frecuencia de onda causaba aumento en la velocidad con que se

emitan los electrones. Esto en contra de lo esperado, ya que se esperaba que la

intensidad fuese directamente

relacionada con la energa de la onda.

La explicacin est en que el electrn

absorbe energa suficiente de la radiacin

para superar la atraccin de los iones

positivos del material de la superficie.

En 1905 Albert Einstein desarroll el

anlisis correcto del efecto fotoelctrico.

Al basarse en una hiptesis de Max

Planck, sugerida cinco aos antes (que

describiremos en la seccin 38.8),

Einstein postul que un rayo de luz

consiste en pequeos paquetes de

energa llamados fotones o cuantos. La

energa E de un fotn es igual a una

constante h por su frecuencia f. De

acuerdo con f=C/ para las ondas

electromagnticas en el vaco, se obtiene:

donde h es una constante universal llamada constante de Planck. El valor numrico de esta constante, con la exactitud con que se conoce en la actualidad, es: vmx h=6.6260693 x 10-34 (J*s)

Al sustituir :

Ejercicios

1) Al producirse efecto fotoelctrico con platino, el contravoltaje resulto ser de 0,8 V.

Encuentre:

a) La longitud de onda de la radiacin utilizada. 2038

b) La longitud de onda mxima con la cual se puede conseguir efecto fotoelctrico con

este material (Funcin de trabajo del platino es 5.3 eV) 2345

2) una celda fotoelctrica tiene el ctodo de Wolframio y el colector de plata de manera

que entre ellos existe un potencial de contacto de 0.6 V. si la celda electroltica se ilumina

con radiacin de longitud de inda igual a 2.3 x10-7m. (Funcin de trabajo es 4.5eV)

a) Qu contravoltaje habr que aplicar entre los electrodos para que la fotocorriente sea

nula? 1,5V

b) Cul ser la velocidad de los fotoelectrones emitidos si entre los electrodos no se

aplica una diferencia de potencial externa? 7,26x105 m/s

c) si entre los electrodos se aplica una diferencial de potencial de 1V, Qu longitud de

onda debe tener la radiacin incidente para que comience a producirse efecto

fotoelctrico? 2537

Radiacin del cuerpo negro

Para definir la radiacin trmica es necesario, como punto de partida, un sencillo ejemplo:

Si se tiene una estufa elctrica con un interruptor con opciones de: alto, medio, bajo;

podemos regular la temperatura segn estos tres niveles.

Si se inicia con el interruptor en bajo, podemos notar luego de corto tiempo que la

resistencia se calienta, se encuentra a una temperatura Tb. Al mover el interruptor a

medio, la resistencia se torna de un color rojizo y pasa a una temperatura Tm, donde

TmTb. Al llegar a la posicin final, alto, se llega a una temperatura Ta, donde Ta Tm Tb,

adems la resistencia toma un color rojo amarillento.

Puede

deducirse,

entonces, que

al calentar un

cuerpo hay

emisin de

radiacin

electromagn

tica cuya

frecuencia

aumenta al

aumentar la

temperatura.

Se estudiaron

cuerpos con la propiedad de emitir la misma radiacin

trmica cuando se encuentran a la misma temperatura,

independiente del material del que se conforman. A

estos cuerpos se les llam Cuerpos negros.

Recordando que la luz blanca est compuesta por luz de

todas las frecuencias, si un cuerpo absorbe toda la

radiacin incidente sobre l es un Cuerpo negro.

Se pueden deducir por la mecnica cuntica:

Ley de Stefan-Boltzmann

( )

Donde R es la radiancia y = 5.67 x 10-8 (Ley de Stefan-Boltzmann)

Ley del desplazamiento de Wien

El valor de la constante es 0.2898 x 10-2 (m*K)

Ley de Wien

( )

Ley de Rayleigh-Jeans

Energa promedio:

( )

TEORA CUANTICA DE LA RADIACIN DEL CUERPO NEGRO

Densidad de energa:

( )

Ejercicios

1)a) Utilece la ley de Wien para determinar max del sol si la temperatura si la temperatura

superficial de este es de 5800K.

b) El ojo humano ve la luz con ms eficiencia si esta posee longitud de onda de 5000 ,

que es la porcin verde-azul del espectro. A qu temperaturas del cuerpo negro

corresponde este valor?

2) Calcule la potencia de luz en el intervalo de longitudes de onda = 350-351 nm a la

temperatura de 1000K