Práctica de Laboratorio Nº 3
“Efecto fotoeléctrico”
Fecha de entrega 09 de Abril
1
Profesor: Marco Alberto Ayala Torres
Física Moderna - Grupo 4RV1
Unidad Profesional Interdisciplinaria de Energía y Movilidad (UPIEM)
Ingeniería en Sistemas Energéticos y Redes Inteligentes (link)
31/Marzo/2022
Formato de informe - Liga a google docs
2
Contenido- Práctica de laboratorio No. 3
3
Objetivos
Determinar la respuesta de una fotocelda (corriente eléctrica) utilizando una fuente luminosa de diferentes intensidades y longitudes de onda.
4
Resumen: 2.3.1. Efecto fotoeléctrico
5. Los fotoelectrones se emiten casi instantáneamente después de iluminar el fotocátodo (t < 3 ns), sin importar la intensidad de la luz.
6. El campo de radiación electromagnética está cuantizado por partículas llamadas fotones. Cada fotón tiene una energía cuantizada:
5
saca
6
La energía cinética máxima de los fotoelectrones, para un material emisor dado, depende sólo de la frecuencia de la luz. En otras palabras, para luz de diferente frecuencia, se requiere un potencial retardador V0 diferente para detener los fotoelectrones más energéticos. El valor de V0 depende de la frecuencia f pero no de la intensidad
7
Cuanto menor sea la función de trabajo f del material emisor, menor será la frecuencia umbral de la luz que puede expulsar fotoelectrones. No se producen fotoelectrones para frecuencias por debajo de este umbral de frecuencia, sin importar la intensidad. Las frecuencias umbral f0 se miden para tres metales.
Cuando se producen los fotoelectrones, su número es proporcional a la intensidad de la luz. Es decir, la fotocorriente máxima es proporcional a la intensidad de la luz.
Resumen: 2.3.1.Teoría de Einstein del efecto fotoeléctrico
De la conservación de la energía se obtiene:
Energı́a inicial (fotón) = Energı́a final (electrón)
Donde ϕ es la función trabajo del metal (la energía potencial que se debe vencer para que un electrón escape del material).
La energía cinética del electrón (½ mv^2) puede escribirse como qV, donde q es la carga del electrón y V es el voltaje de corte.
Nota: Para algunos problemas resultará útil reescribir la constante hc en unidades de eV x nm como:
8
III. Parte Experimental
9
Materiales
10
Lámparas de mercurio
Existen tres categorías de radiación Uv:
-Uv-A, entre 320 y 400 nm
-Uv-B, entre 280 y 320 nm
-Uv-C, entre 200 y 280 nm
Las lámparas de vapor de mercurio a media presión son las lámparas con el espectro de emisión más concentrado en las radiaciones ultravioleta. Sus emisiones características circulan entre 250nm, 300nm y 360nm.
El largo del cuerpo de la lámpara tiene una capacidad de poder desarrollar una potencia de hasta más de 250W por cm.
11
Técnicas de medición de corrientes (muy pequeñas)
Amperímetros
Galvanómetros
12
Configuración experimental
13
Configuración experimental
14
Configuración experimental
15
Fotocelda y circuito de medición
16
Luz incidente
Amperímetro
Resistencia
Voltímetro
Fuente de voltaje
Fotocelda y circuito de medición
17
Luz incidente
Amperímetro
Resistencia
Voltímetro
Fuente de voltaje
Cátodo (C)
Ánodo (A)
Consideremos 2 placas metálicas separadas (cátodo y ánodo), situadas en el vacío en un tubo, y unidas a los extremos de una fuente de voltaje que mantiene una diferencia de potencial. En principio no se tiene corriente eléctrica en el circuito. Si se ilumina el cátodo con luz ultravioleta, éste emite electrones (fotoelectrones) que, atraídos por el ánodo, generan de manera prácticamente instantánea una corriente eléctrica en el circuito.
III. Datos
18
Experimento a
19
Intensidad de la luz 100% | |
Voltaje (V) | Corriente (A) |
Intensidad de la luz 92% | |
Voltaje (V) | Corriente (A) |
Intensidad de la luz 61% | |
Voltaje (V) | Corriente (A) |
Intensidad de la luz 38% | |
Voltaje (V) | Corriente (A) |
Diagrama de la corriente fotoeléctrica en función de la diferencia de potencial ΔV aplicado entre las placas para distintas intensidades de luz.
Con grandes ΔV todos los fotoelectrones son recolectados y la corriente llega a un máximo. La corriente aumenta conforme la intensidad de la luz sea mayor (a mayor intensidad emite mayor cantidad de fotoelectrones).
Cuando ΔV es negativo se invierten las polaridades de las placas, muchos de los fotoelectrones emitidos son repelidos, solo aquellos fotoelectrones que tengan energía cinética (k) mayor a e|ΔV| son recolectados. Cuando ΔV es igual o menor que V0 (potencial de frenado) la corriente es cero.
Experimento b.
La intensidad de la luz es 100% en todos los casos, lo que cambia es su longitud de onda (λ)
20
λ = 550 nm | |
Voltaje (V) | Corriente (A) |
λ = 500 nm | |
Voltaje (V) | Corriente (A) |
λ = 450 nm | |
Voltaje (V) | Corriente (A) |
λ = 400 nm | |
Voltaje (V) | Corriente (A) |
λ = 350 nm | |
Voltaje (V) | Corriente (A) |
λ = 300 nm | |
Voltaje (V) | Corriente (A) |
Discusión
22
A partir de los resultados experimentales obtenidos, discuta cuáles de los siguientes puntos pueden o no pueden ser explicados y porqué:
23
¡Muchas gracias!
Contacto:
M. en C. Marco Alberto Ayala Torres
ayalatorresm@gmail.com
https://sites.google.com/view/ayalatorresm
24