Efecto Fotoelectrico, Ingenieria Electrica 2019.docx

Definición, fundamentos teóricos, ecuación que lo describe, 2 ejercicios, importancia en el contexto de la física Efecto fotoeléctrico A finales del siglo xix, mientras se recolectaba información sobre la radiación térmica, algunos experimentos demostraron que una luz incidente sobre ciertas superficies metálicas provoca la emisión de electrones de esas superficies. Este fenómeno se conoce como efecto fotoeléctrico, y los electrones emitidos se conocen como fotoelectrones. A partir del modelo cuántico fue la radiación de cuerpo negro. e es la magnitud de la carga del electrón.

Historia Las primeras observaciones del efecto fotoeléctrico fueron llevadas a cabo por Heinrich Hertz, en 1887, en sus experimentos sobre la producción y recepción de ondas electromagnéticas. Al tratar de probar la teoría de Maxwell sobre la radiación electromagnética. En efecto la absorción de luz ultravioleta facilitaba el salto de los electrones y la intensidad de la chispa eléctrica producida en el receptor. En 1897, el físico británico Joseph John Thomson investigaba los rayos catódicos. Thomson dedujo que los rayos catódicos consistían de un flujo de partículas cargadas negativamente y ahora conocemos como electrones. La intensidad de esta corriente eléctrica variaba con la intensidad de la luz. Incrementos mayores de la intensidad de la luz producían incrementos mayores de la corriente. La radiación de mayor frecuencia producía la emisión de partículas con mayor energía cinética. En 1902 Philipp Lenard realizó observaciones del efecto fotoeléctrico en las que se ponía de manifiesto la variación de energía de los electrones con la frecuencia de la luz incidente. En 1905, Albert Einstein propuso una descripción matemática de este fenómeno que parecía funcionar correctamente y en la que la emisión de electrones era producida por la absorción de cuantos de luz que más tarde serían llamados fotones. La idea de partículas discretas de luz podía explicar el efecto fotoeléctrico y la presencia de una frecuencia característica para cada material por debajo de la cual no se producía ningún efecto. La demostración experimental de este aspecto la llevó a cabo en 1915 el físico estadounidense Robert Andrews Millikan. Importancia Todo esto se volvió posible debido a la invención de aparatos especiales llamados Células Fotoeléctricas, donde la energía de la luz, controla la energía de la corriente eléctrica o se transforma en corriente eléctrica. Las células fotoeléctricas modernas reaccionan a la luz visible incluídos los rayos infrarrojos.

Ejercicios El molibdeno tiene una función trabajo de 4.20 eV. a) Determine la longitud de onda y la frecuencia de corte para el efecto fotoeléctrico. b) ¿Cuál es el potencial de frenado si la luz incidente tiene una longitud de onda de 180 nm?

R=

Dos fuentes luminosas se usan en un experimento fotoeléctrico para determinar la función trabajo para una superficie metálica particular. Cuando se usa luz verde de una lámpara de mercurio (l ! 546.1 nm), un potencial de frenado de 0.376 V reduce la fotocorriente a cero. a) Según esta medición, ¿cuál es la función trabajo para este metal? b) ¿Qué potencial de frenado se observa cuando se usa luz amarilla de un tubo de descarga de helio (l ! 587.5 nm)?R=

Efecto Compton El efecto Compton fue estudiado por el físico Arthur Compton en 1923, quien pudo explicarlo utilizando la noción cuántica de la radiación electromagnética como cuantos de energía y la mecánica relativista de Einstein. Consiste en el aumento de la longitud de onda de un fotón cuando choca con un electrón libre y pierde parte de su energía. La frecuencia o la longitud de onda de la radiación dispersada dependen únicamente del ángulo de dispersión.

Historia El efecto Compton constituyó la demostración final de la naturaleza cuántica de la luz tras los estudios de Planck sobre el cuerpo negro y la explicación de Albert Einstein del efecto fotoeléctrico.

Importancia Permite medir la intensidad de los rayos gamma, lo que resulta de gran utilidad en física de partículas. Aparte su aplicación es útil en la medicina, ya que su empleo va dedicada al uso de los rayos x, gracias al ingeniero mecánico y físico alemán Wilhelm Conrad Röntgen. Ejercicios Calcule la energía y la cantidad de movimiento de un fotóncon una longitud de onda de 700 nm. R=

Los rayos X, con una energía de 300 keV, se someten a cierta dispersión Compton proveniente desde un objetivo. Los rayos dispersos son detectados a 37.0% en relación con los rayos incidentes. Determine a) el corrimiento Compton en este ángulo, b) la energía del rayo X disperso y c) la energía del electrón en retroceso.