inicio

EFECTO FOTOELÉCTRICO: ACTIVIDADES

atrás

Lee las instrucciones para el manejo del applet o, si ya las conoces, realiza con él las actividades que te propongo.

Actividades

Breve repaso de teoría.

En el applet puedes manejar los siguientes parámetros: intensidad de la luz (I=intensidad luminosa w/m2 ), longitud de onda de la luz (en angstrons, Å), diferencia de potencial (voltios), intensidad de corriente en el circuito externo "i" (amperios).

En este applet la zona metálica donde se produce la extracción está conectada a un potencial positivo que podemos aumentar para frenar los electrones salientes.

Experimento.gif (2763 bytes)

Cuando la placa de área S se ilumina con cierta intensidad "I" , absorbe una energía en la unidad de tiempo proporcional a I.S. Si se divide dicha energía entre la cantidad -hn -se obtiene el número de fotones que inciden sobre la placa en la unidad de tiempo. Como cada electrón emitido absorbe la energía de un único fotón, deducimos que el número de electrones emitidos en la unidad de tiempo es proporcional a la intensidad de la luz "I" que ilumina la placa.

Trabajo de extracción: f

Energía del fotón:

Si la energía del fotón E, es menor que la energía de arranque f, no hay emisión fotoeléctrica. En caso contrario hay emisión, y el electrón sale del metal con una energía cinética Ek igual a E-f.


Soluciones a las actividades siguientes:

1.- Escoge el cesio como material de la placa metálica de la que vas a extraer electrones. Calcula la longitud de onda máxima que corresponde a una frecuencia mínima para extraer un electrón (sube de 100 en 100 los valores de la longitud de onda hasta aproximarte al valor máximo). Para ello puedes dejar cualquier valor en la iluminación y en la diferencia de potencial.

Recuerda: Emín= nmín ·h ; nmin=c / l máx

En el applet la longitud de onda se expresa en Amstrongs, 1 Å=10-10 m.

Calcula la energía mínima (f ) que debe llevar el fotón para extraer electrones. Esta energía se corresponde con el trabajo mínimo de extracción (para extraer los electrones menos ligados). Será la energía mínima necesaria para que un electrón escape del metal.

Expresa la energia en Julios y en e.V.

Varía los valores de la la iluminación y la diferencia de potencial y verás que:

Si cada fotón incidente no tiene suficiente energía, por muchos fotones que envíes aumentando la intensidad de la luz, no consegirán arrancar electrones.

Si el fotón no logra desprender ningún electrón, aunque bajes la diferencia de potencial que los frena seguirá sin pasar ningún electrón.

2.- Utilizando el mismo metal (Cs) y empleando una radiación de 5000 Å, calcula la energía cinética con la que sale el electrón menos ligado.

Recuerda que si el electrón absorbe una energía E, la diferencia E-f, será la energía cinética del electrón emitido.

El electrón menos ligado (más facilmente extraíble), será el que lleve mayor energía cinética.

Calcula, utilizando fórmulas, el potencial de corte (Vo) -potencial que debes poner para que los electrones arrancados sean devueltos al metal por el campo electrostático-. Comprueba dicho valor por medio del applet.

3.- Con el mismo metal, Cs, y con fotones de 5000 Å, utiliza un potencial menor al de corte (0,6 V) y prueba con distintas iluminaciones ( I ). ¿Qué corriente "i" observas en el amperímetro?

A mayor iluminación mayor número de fotones y mayor número de electrones extraídos (siempre que los fotones tengan la energía mínima necesaria).

4.- Prueba con el mismo metal y halla con el applet los potenciales de corte para luces de menor longitud de onda: 4000 Å, 3000 Å, etc. ¿Aumentan los potenciales de corte?

5.- En el applet sólo se representa un electrón saliente (el menos ligado), pero en realidad cuando la energía de extracción supera la mínima, son extraídos electrones de varios niveles que salen con diferente energía cinética. Manteniendo la "I" de la luz, al disminuir el potencial de corte (o hacerlo negativo -cambiar la polaridad-) este potencial encarrila a todos los electrones salientes, haciendo que un mayor número de ellos atraviesen la célula y vayan al circuito, aumentando la intensidad de corriente "i", del amperímetro. A partir de un determinado valor de "V" por mucho que lo aumentes la "i" no aumenta. Esto ocurre cuando todos los electrones que salen son encauzados a la otra placa. Lo aquí expuesto se representa en este gráfico.

V/i

6.- Realiza los cálculos del apartado 4, con el potasio que pertenece al mismo grupo del cesio pero que tiene los electrones externos más ligados. Comprueba que para lograr la extracción se requieren fotones de mayor energía (menor longitud de onda).

¿Una radiación de 5000 Å requiere un menor potencial de corte que para el Cesio será de 0.49 voltios?.

7.-¿Cuál de los elementos que presenta el applet (Cs, K, Sb, Th...) tiene mayor energía de extracción?

Instrucciones de manejo del applet:

Para realizar la práctica que simula el efecto fotoeléctrico se han de seguir los siguientes pasos:

(volver a actividades)