INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECANICA Y

ELECTRICA

UNIDAD CULHUACAN

Ing. En comunicaciones y electrónica

PROFESOR:

Miguel ángel morales mosco

GRUPO: 4EM7

Alumnos:

RODRIGUEZ TORRES ARELI

valera perales Edgar Iván

RAMIREZ ZURITA ABEL

Yerena Alejandro

Practica #2

EFECTO Fotoeléctrico

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ObjetivosAnalizar los conceptos de efecto fotoeléctrico, mediante la simulación y el desarrollo de la práctica

Comprender la naturaleza de la luz bajo el principio del fotón Analizar y observar el efecto fotoeléctrico. Evaluar la constante de Planck y verificar la energía proporcionada por la luz según

su frecuencia Conocer y comprender el funcionamiento del equipo de fotoemisión

Base TeóricaLa teoría de la relatividad y la teoría cuántica constituyen los dos grandes fundamentos de la física del siglo XX.Así como la teoría de la relatividad conduce a nuevos aspectos en la naturaleza del espacio y del tiempo y a consecuencias profundas la mecánica y el electromagnetismo, también la teoría cuántica conduce a modos drásticamente nuevos de pensamiento basados en el entendimiento de la estructura atómica y nuclear.E l efecto fotoeléctrico constituye un ejemplo sencillo que facilita la comprensión de los conceptos cuánticos.Es interesante analizar este fenómeno debido a que sus resultados representan de una manera conceptual tanto la naturaleza de la luz como de la partícula atómica negativa o electrón. Una vez estudiado este fenómeno analizaremos como la energía luminosa es entregada a las partículas atómicas negativas o electrones.Debido a que la teoría ondulatoria funciona solamente para ciertos fenómenos de la luz, será necesario apoyarnos en la teoría cuántica.Hablando de la gran importancia que tiene este principio dentro del campo de la ingeniería, encontramos un gran numero de aplicaciones en televisión y celdas fotoeléctricas, en los sistemas electrónicos de control.La teoría cuántica se basa, en gran medida en el descubrimiento de ciertas cantidades que en la física clásica se habían considerado como continuas (por ejemplo, la magnitud del ímpetu de una partícula, el ímpetu angular y la energía que puede tomar cualquier valor desde cero hasta infinito) pero que de hecho están cuantizadas.Históricamente la teoría cuántica tuvo su origen en la interpretación teórica de la radiación electromagnética de un cuerpo negro (un absorbedor y radiador perfecto) hacia fines del siglo XIX se encontró que la variación de la intensidad con la longitud de onda de la radiación electromagnética de un cuerpo negro estaba en desacuerdo con la explicación

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teórica de electromagnetismo clásico. En 1900 Max Planck que fue formulador de la teoría cuántica, demostró una revisión de las ideas, a través del concepto de la cuantización de la energía conducía a un acuerdo satisfactorio entre la experiencia y al teoría.Albert Einstein explico en 1905 por primera vez la teoría cuántica referida a la naturaleza electromagnética de la radiación y esto condujo a una explicación satisfactoria del efecto fotoeléctrico.Según la teoría cuántica, las ondas electromagnéticas aparentemente continuas están cuantizadas y consiste de cuantos discretos llamados fotones. Cada fotón tiene una energía E que depende solo de la frecuencia (o de la longitud de onda) y que esta determinada por:

h=6.626 x10−34 J

h es una constante fundamental de la teoría cuántica llamada constante de Planck porque su valor y significado fueron determinados por Max Planck en su interpretación de la radiación del cuerpo negro.Max Planck había dado a conocer al mundo que las radiaciones electromagnéticas contenían solo ciertos valores energéticos por ejemplo una fuente de radiación ultravioleta podía tener solo valores de nh donde n=0,1,2,….. lo que implicaba que al paso de energía nh al estado (n-1) h la fuente emitía un paquete de energía electromagnética llamados cuantos o fotones para poder explicar la forma en que la emisión fotoeléctrica depende de la frecuencia de la radiación Einstein propuso que debido a que los capos de radiación que están cuantizados y cargados de energía podían ser descritos por la siguiente ecuación:

Donde es la frecuencia umbral y es la energía cinética máxima de los electrones.Esta ecuación quedo comprobada completamente quedando demostrado con ello el carácter corpuscular de las radiaciones.Sin embrago resulta irónico que el efecto fotoeléctrico fuera descubierto por Heinrich Hertz en 1887 durante la realización de los experimentos que comprobaron las predicciones teóricas de Maxwell (1864) referentes a la existencia de las ondas electromagnéticas clásicas producidas por corrientes eléctricas oscilantes.El efecto fotoeléctrico es uno de los varios procesos mediante los cuales los electrones pueden abandonar la superficie de una sustancia. Ocurre cuando la radiación

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electromagnética (luz monocromática) con un rango de una longitud de onda especifica) ilumina una superficie metálica limpia y los electrones la abandonan. En el mencionado efecto, un haz de radiación suministra los electrones una energía que iguala o sobrepasa la energía que los mantiene ligados con la superficie y por lo tanto permite que los electrones se escapen.Es posible observar que si la radiación electromagnética aumenta la emisión electrónica también aumenta la liberación de electrones también depende de la frecuencia de la radiación incidente. Esto significa que para cada sustancia hay un umbral de frecuencia de radiación electromagnética, por debajo de la cual no se produce emisión de electrones por más intensos que sea la radiación.

Material y Equipo- Tubo de rayos catódicos- Fuente de poder para rayos catódicos - Base de tiempo- Dos amplificadores - Celda fotoelectrica- Fuente de alimentacion de C.D. - Seis filtros- Lampara experimental

Procedimientoa) Efectuar las conexiones correspondientes b) Se ajusta la fuente de poder con el minimo de foco y el minimo de brillo

observable y se enciende la fuente de tubo de rayos catódicos c) Se coloca la base de tiempo en posicion de 10 mmsd) Se juntan las puntas de entradadel osciloscopio. Se ajusta la perilla de cambio para

localizar el trazo en el cetro de la pantalla del osciloscopio.e) Se enciende la fuente de alimentacion de 9 V de CDf) Se coloca la pila de 9 V a al unidad fotoelectrica y se dirige el haz de luz de la

lampara experimental hacia la ventana de la unidad fotoelectrica g) Presione el boton rojo de la unidad fotoelectrica y mueva la perilla de calibracion

de la unidad de base de tiempo, al minimoh) Gire la perilla de cambio del amplificador simultaneamente oprimiendo el boton

rojo de la unidad fotoelectrica hasta que aparezca uan señal senoidal que cubra toda la pantalla del osciloscopio.

i) Despues de obtener al señal se procede a colocar los filtros en la ventana de la unidad fotoelectrica

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j) El primer filtro que se coloca es el de color rojo, a continuación sedirige el haz de luz de la lámpara sobre la ventana de la unidad fotoelectrica, se presiona el botón rojo y se gira la perilla de la unidad desde cero hasta obtener en la pantalla del osciloscopio una señal con amplitud cero

k) Anotar la alectura que anula la fotocorriente en el Vernier de la perilla de la unidad fotoelectrica.

l) Repetir el procedimiento anterior para cada uno de los filtros restantes.

ResultadosCOLOR C.V.ROJO 6200 1.6 - DOWN 327.2 mV

NARANJA 5750 - 61000 1.75 – 1.65 348.5 mVAMARILLO 5300 - 5700 1.9 – 1.75 423.9 mV

VERDE 4700 - 5200 2.1 – 1.9 451.4 mvAZUL 4400 - 4900 2.3 – 2.0 525 mV

VIOLETA 3800 - 4500 2.6 – 2.2 534.6 mV

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ROJO:

NARANJA

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AMARILL

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AZUL

VERDE

VIOLETA

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ConclusionesLa realización de esta practica, nos lleva a que este fenómeno, llamado efecto fotoeléctrico, con la emisión de electrones por parte de las superficies metálicas cuando sobre ellas incide luz visible o ultravioleta nos da dos conclusiones básicas:

La energía cinética máxima que pueden alcanzar los electrones emitidos no depende de la intensidad de la radiación incidente.

En el efecto fotoeléctrico, la emisión de electrones es instantánea.

Además de que a menor flujo de electrones o menor voltaje de corto mayor longitud de onda, por lo cual el color rojo será el de menor potencial de frenado y de mayor longitud de onda, todo lo contrario al violeta en el cual su potencial de frenado será el máximo y su longitud de onda mínima.

Cuestionario

1.- EXPLIQUE EL FUNCIONAMIENTO DEL FOTOMULTIPLICADOR

Un tubo fotomultiplicador consiste de un cátodo fotoemisivo (fotocátodo), consistente de metales alcalinos con funciones de trabajo bajas, seguido de electrodos enfocadores, un multiplicador de electrones (dIodos) y un colector de electrones (ánodo) en un tubo al vacío. Cuando la luz entra al fotocátodo, este convierte la energía de la luz incidente en fotoelectrones emitidos al vacío, los cuales son enfocados hacia los dínodos, donde son multiplicados en un proceso de emisión secundaria. Al final, la señal de salida se obtiene en el ánodo. La eficiencia en la conversión o sensibilidad del cátodo, varia con la longitud de onda de la luz incidente. La relación entre la sensibilidad del cátodo y la longitud de onda se llama respuesta espectral característica. Debido a la mencionada emisión secundaria de cada dodo, el tubo fotomultiplicador tiene una alta sensibilidad y un bajo ruido.

2.- QUE SUCEDE CON LA CORRIENTE DEL FOTOMULTIPLICADOR SI SE HACE VARIAR LA FRECUENCIA DE RADIACION LUMINOSA? La energía se pierde en forma de fotón, y la radiación es absorbida.

Bibliografía

Alonso M. y Finn.

FÍSICA. Vol 1 : MECÁNICA.

Editorial Addison- Wesley Iberoamericana 1995.

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