Efecto Fotoelectrico

Efecto Fotoeléctrico

Introducción

Los experimentos que confirmaron por primera vez la existencia de las ondas electromagnéticas y la teoría electromagnética de Maxwell acerca de la propagación de la luz fueron realizados por Heinrich Hertz en 1886 y 1887. En el transcurso de su experimentos, Hertz observó que una descarga eléctrica entre dos electrodos ocurría más fácilmente cuando sobre el cátodo incidía luz ultravioleta (UV). Lenard, continuando algunos experimentos de Hallwachs, demostró inmediatamente que la descarga era debida a la emisión de electrones que tenía lugar desde la superficie del cátodo, causada por la incidencia de la luz ultravioleta.

Esta emisión de electrones desde una superficie por la acción de la luz se denomina efecto fotoeléctrico.

La luz incide sobre la superficie de un metal fotosensible y libera electrones, que son atraídos hacia la placa positiva, originando una corriente eléctrica débil. Si invertimos la polaridad podemos detener el paso de electrones variando el potencial.

El efecto fotoeléctrico presenta una serie de características peculiares:

1. No se observa intervalo de tiempo medible entre la incidencia de la luz y la emisión de electrones.

2. La emisión depende de la frecuencia de la radiación incidente, existiendo una frecuencia umbral (que depende del metal) por debajo de la cual no se produce el efecto, independientemente de la intensidad de la radiación.

3. La corriente, si existe, es proporcional a la intensidad de la luz.

4. La energía de los electrones es independiente de la intensidad de la luz pero varía linealmente con la frecuencia.

Estas características, en su conjunto, no tienen explicación posible en el marco de la teoría ondulatoria de la luz.

En el año 1905, Einstein propuso una explicación al efecto basándose en la teoría cuántica de la radiación de Planck, según la cual ésta estaba constituida por cuantos, de energía hv, a los que posteriormente se denominó fotones.

La absorción de un cuanto por parte de un electrón aumenta su energía en una cantidad . Parte de esa energía -cuya cuantía depende del metal considerado- es utilizada para separar el electrón del metal y es la denominada función trabajo W. La energía restante, si la hay, quedará como energía cinética del electrón, de manera que la relación entre ésta y la energía queda establecida por la ecuación:

que da explicación a las propiedades 1,2 y 4. En particular, existe una frecuencia umbral:

por debajo de la cual no se produce el efecto fotoeléctrico.

La dependencia con la intensidad de la luz queda también explicada puesto que a mayor intensidad corresponden más fotones y, por tanto, un número mayor de electrones.

El objetivo de esta práctica será la medida del efecto fotoeléctrico al hacer incidir luz ultravioleta sobre una placa de zinc. Para la determinación de las pequeñas intensidades generadas utilizaremos el método de 'descarga periódica' de un electroscopio de Wulf conectado al circuito.

Aunque el Electroscopio de Wulf es un instrumento de medida estático, destinado a la medida de cargas o tensiones electrostáticas, su peculiar construcción permite su utilización para la medida decorrientes eléctricas. Se compone de una cinta de aluminio delgada, fijada por su extremo superior sobre un soporte conductor y sujeta al mismo, por su extremo inferior, mediante una argolla elástica de cuarzo. El sistema se encuentra suspendido en el interior de una caja cerrada de modo que queda abrigado frente a los movimientos del aire. La sensibilidad del instrumento puede regularse mediante un electrodo (electrodo de influencia) que se puede desplazar desde fuera de la caja y que está colocado en su parte lateral.

Funcionamiento: Cuando la cinta cargada es atraída por el electrodo de influencia, su desviación es aproximadamente proporcional al cuadrado de la carga (o de la tensión). Cuando la desviación sobrepasa la mitad de la distancia

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