Efecto fotoelectrico laboratorio

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LABORATORIO N°9

“Efecto fotoeléctrico”

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OBJETIVOS

• Visualizar el fenómeno de interferencia.
• Determinar el ancho de separación entre rendijas, utilizando la difracción e interferencia de luz.
• Identificar un patrón de difracción e interferencia de ondas luminosas.

INTRODUCCIÓN

Con base en el modelo ondulatorio de la luz, se predijo  que el aumento de la amplitud de la luz incrementaría la energía cinética de los fotoelectrones emitidos, mientras que el aumento de la frecuencia incrementaría la corriente medida. Contrario a esto, los experimentos mostraron que el aumento en la frecuencia incrementaba la energía cinética de los fotoelectrones, mientras que el aumento en la amplitud de la luz incrementaba la corriente. Así Einstein propuso que la luz se comportaba como una corriente de partículas llamadas fotones con una energía de:

, donde h es la constante de Planck y v es la frecuencia del fotoelectrón.[pic 6]

Cuando un haz de luz (fotones) incide sobre una superficie metálica, esta emite o libera sus electrones (fotoelectrones). Esta emisión dependerá de la frecuencia mínima de la luz, que a la vez influye en la energía cinética de los electrones y de la intensidad del fotón. A esto se le denomina efecto fotoeléctrico que tiene lugar cuando un fotón choca contra un electrón y este sale del metal. Se caracteriza principalmente por:

• El fotón debe tener una energía mínima igual a la energía de ionización del átomo, para que el electrón pueda abandonar la influencia del núcleo. Si la luz incidente tiene una frecuencia menor el efecto fotoeléctrico no se observara.
• La intensidad de la radiación está relacionada con el número de fotones que inciden sobre el metal, a mayor número de fotones, mayor cantidad de electrones emitidos.

DESARROLLO EXPERIMENTAL

La actividad número uno del laboratorio consistió en hacer incidir el color (amarillo, azul, verde y violeta) deseado para cada estudio en la fotocelda, tomando la precaución de ver claramente la cruz al interior del fotodiodo, en el caso de los colores verdes y amarillo se utilizó el filtro correspondiente sobre la red de difracción. Realizado lo anterior se midió el voltaje de frenado para cada color y se varió la intensidad con que la luz indicio en la fotocelda para los colores amarillo y verde, cronometrando el tiempo que trascurría en alcanzar el voltaje de frenado de manera aproximada.

La segunda actividad se basó en hallar la constante de Planck de manera experimental mediante la ecuación de Einstein, análisis del efecto fotoeléctrico, los efectos de la variación en la intensidad de luz, el voltaje de frenado y el tiempo transcurrido hasta encontrar este y que ocurre con el voltaje de frenado y la  energía máxima de los fotoelectrones al estudiar diferentes colores (longitudes de onda).

En ambas actividad se utilizó el montaje según indica el diagrama a continuación.

Materiales: 

• Fotocelda (h/e).
• Voltímetro digital (con cables).
• Lente convergente con soporte.
• Red de difracción 1.000/mm) con soporte.
• Lámpara de Hg con fuente.
• Cronómetro
• Pizarra blanca.

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RESULTADOS Y DISCUSION

Actividad N°1

Al realizar esta actividad se buscó analizar el efecto de la intensidad de luz sobre el voltaje de frenado, el tiempo de carga, el efecto que tienen diferentes colores sobre el voltaje de frenado y la energía máxima de los fotoelectrones.

La teoría predice que los electrones absorben energía continuamente de las ondas electromagnéticas. Conforme aumenta la intensidad de la luz que incide sobre un metal, se transfiere energía al metal en una proporción considerable y los electrones se expulsan con más energía cinética. Sin embargo, experimentalmente se observó que independiente de la intensidad de luz que se hizo incidir sobre la fotocelda, el voltaje de frenado (proporcional a la energía cinética máxima), permaneció constante en todo el rango de intensidades medidas (100%, 80%, 60%, 40% y 20%). Por el contrario el tiempo en que este se estabilizo aumentaba de manera considerable al disminuir la intensidad de la luz incidente.

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