Aplicaciones Del Efecto Fotoelectrico

ANTECEDENTES HISTORICOS

Heinrich Hertz (1857-1894), científico alemán, fue el primero en observar el efecto fotoeléctrico, en 1887, mientras trabajaba en la generación de ondas de radio. Informó esta observación pero no se dedicó a explicarla.

Al incidir luz ultravioleta sobre el cátodo metálico (fotocátodo) se detecta el paso de una corriente eléctrica. Se trata de electro¬nes que abandonan el cátodo (colector) y se dirigen al ánodo a través del vacío dentro del tubo. Los electrodos se hallan conec¬tados a una diferencia de potencial de sólo unos pocos voltios.

Con radiación ultravioleta de diferentes in¬tensidades, los electrones salen del metal con la misma velocidad. La radiación más intensa arranca mayor número de electrones. Esta observación también resultaba inexplicable.

Planck había llegado a la conclusión de que el traspaso de energía entre la materia y la radiación en el cuerpo negro ocurría a través de paquetes de energía. Sin embargo, no quiso admitir que la energía radiante una vez desprendida de la materia también viajaba en forma corpuscular. Es decir que siguió considerando a la radiación que se propaga como una onda clásica.

En 1905, Albert Einstein fue un paso más allá al explicar completamente las características del efecto fotoeléctrico. Para ello retomó la idea del cuanto de energía de Planck, postulando que:

La radiación electromagnética está compuesta por paquetes de energía o fotones. Cada fotón transporta una energía

E= v . h , donde v es la frecuencia de la radiación y h es la constante de Planck.

Cuando un fotón incide sobre el metal, transfiere toda su energía a alguno de los electrones. Si esta energía es suficiente para romper la ligadura del electrón con el metal, entonces el electrón se desprende. Si el fotón transporta más energía de la necesaria, este exceso se transforma en energía cinética del electrón:

Expresado en fórmula matemática es: Ecinética = h . v - Eextracción

donde extracción es la energía necesaria para vencer la unión con el metal.

La emisión de electrones por metales iluminados con luz de determinada frecuencia fue observada a finales del siglo XIX por Hertz y Hallwachs. El proceso por el cual se liberan electrones de un material por la acción de la radiación se denomina efecto fotoeléctrico o emisión fotoeléctrica.

FUNCION DEL EFECTO FOTOELECTRICO

El efecto fotoeléctrico, consiste en suponer que la luz se comporta como un haz de partículas y cuando así lo hace, las partículas que componen este haz de luz arrancan electrones al 'impactar' sobre un metal.

APLICACIONES DEL EFECTO FOTOELECTRICO

FOTOMULTIPLICADORES

Basados en este efecto, convierten la luz en impulsos eléctricos. Un fotón impacta sobre un metal (fotocátodo), que emite entonces un electrón. El electrón impacta entonces sobre un metal de otro tipo (el dínodo) que, al ser alcanzado por el electrón, emite varios electrones más. Así la señal se va multiplicando hasta convertirse en una señal eléctrica

ACCIONAR UN ELECTROIMÁN:

La luz proviene de una lámpara B, incide sobre una célula C y se produce una corriente I. Esta al ser amplificadas, actúa sobre un electroimán E el cual atrae el interruptor S y manteniendo abierto el circuito eléctrico.

El funcionamiento de éste electroimán se da así: cuando una persona pasa entre la lámpara B y la célula C se interrumpe el flujo luminoso, lo que a su vez interrumpe la corriente I y el interruptor S que no es atraído por el electroimán cierra el circuito eléctrico X. Esto hace funcionar un motor M que a su vez abre o cierra una puerta, hace funcionar una escalera eléctrica, sirve también para contar personas en una exposición u objetos fabricados en serie, o pone en funcionamiento una alarma.

LOS RAYOS X

Los rayos X se producen siempre que una substancia es irradiada con electrones de alta energía. Un tubo convencional de rayos X consiste básicamente de un cátodo y un ánodo colocados dentro de un envase de vidrio al vacío.

FIG 1. Diagrama esquemático de un tubo de rayos X

El cátodo consiste de un filamento de tungsteno que al ser calentado emite electrones. Estos electrones son acelerados, debido a una diferencia de potencial aplicada entre el cátodo y el ánodo, hacia un blanco montado en el ánodo. Para tener un mayor control en la calidad del haz de rayos X es necesario que los electrones no sean desviados de su trayectoria, y para esto se requiere de un alto vacío. Los electrones al ser frenados bruscamente en el blanco, emiten radiación electromagnética con un espectro continuo de energías entre 15 y 150 keV, que es lo que se conoce como rayos X.

El número atómico del material del que está construido el blanco y la velocidad del haz de electrones, determina la energía máxima y la forma del espectro. El haz tiene dos componentes, una de ellas es continua y corresponde a la radiación de frenado (bremsstrahlung) y la otra es discreta. A ésta última se le conoce como radiación característica y se debe a transiciones electrónicas

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