Efecto Fotoelectrico

1-. Fundamento teórico

Al hacer incidir un haz de radiación monocromática sobre una placa metálica observamos que se produce una emisión de electrones de forma instantánea, también podemos comprobar que si ese haz tiene una frecuencia menor que una frecuencia característica de cada metal no se produce efecto fotoeléctrico, y por último la energía máxima de los electrones no depende de la intensidad del haz de radiación.

La física clásica no puede explicar este efecto, Einstein propuso una explicación satisfactoria con una teoría cuántica.

Para Einstein la luz está compuesta de unidades de energía llamados fotones, la energía de estos fotones es únicamente función de la frecuencia , siendo h la constante de Planck. Así al incidir uno de estos fotones sobre un átomo de la superficie de la placa metálica el átomo absorbe el fotón instantáneamente, produciendo un salto electrónico si tiene energía suficiente como para que se produzca. Hagamos un balance energético de este proceso, la energía del fotón se invierte en conseguir que el electrón salga del campo electrostático del átomo (Wi) y el resto en darle una cierta energía cinética (Ti)

(1)

Así tenemos que para extraer un electrón necesitaremos una energía mínima W0 (la energía cinética será 0) que dependerá únicamente de una frecuencia umbral, por debajo de la cual no se podrá extraer ningún electrón.

De está forma quedan explicados de forma teórica los fenómenos que se observan ante el este efecto.

2-. Montaje experimental

Para comprobar si se producen saltos electrónicos se recurre a conectar a un circuito la placa metálica tal y como se ve en la figura.

Al incidir el haz de luz sobre la placa se producen saltos electrónicos hacia la otra placa, provocando así que haya una corriente eléctrica, si además con el generador vamos disminuyendo el potencial hasta el punto en que se frenan todos los electrones (no habrá corriente eléctrica) habremos alcanzado el llamado potencial de frenado (la energía mínima para poder observar el efecto fotoeléctrico).

Teniendo en cuenta la ecuación 1 y que la energía de un electrón es proporcional al potencial en que se encuentra tendremos:

Siendo Tm la energía cinética máxima que alcanza para cada frecuencia, despejando el valor de V tenemos la ecuación de una recta de pendiente h/|e|.

(2)

Así vemos que el punto en el que corta al eje de abcisas corresponde con la llamada frecuencia umbral.

3-. Realización de la práctica:

Tras montar todo el sistema pasamos a conectar la lámpara de mercurio y observamos claramente como tras pasar la luz por la red de difracción se ven las distintas líneas de su espectro en el visible, una vez esperamos un poco a que esta se calentara procedimos a hacer las medidas pertinentes:

1- En primer lugar medimos los potenciales para cada color (para el verde y amarillo usamos los correspondientes filtros monocromáticos) en el primer y segundo orden de difracción (solo realizamos una vez cada medida, porque tras hacerlas varias veces comprobamos que no era necesario hacer mas (la dispersión salía casi del 0%))

Resaltar ante estas medidas que el valor en el 2º orden de difracción para el verde es diferente, esto nos sorprendió bastante a la hora de medir ya que en teoría debía de ser la misma medida aproximadamente.

También notar que se alcanzaban valores de potencial estables de forma bastante más rápida para los primeros órdenes de difracción que para los segundos.

2- En segundo lugar medimos los potenciales también para cada color pero ahora cambiando la intensidad del rayo incidente, también comprobamos que se tardaba aun más en alcanzar el potencial estable cuanto menor era la intensidad.

Las medidas obtenidas en cada caso son las siguientes:

%Intensidad Ultravioleta

Violeta

Azul

100% (n=1)

100% (n=2)

80% (n=1)

...