Nuestra célula fotoeléctrica

Teoría | Práctica: Cómo construimos nuestra célula

Vamos a construir una célula fotoeléctrica usando una placa óxido de Cu (I) y otra de Cu.

El óxido de cobre (I), Cu2O, es un material semiconductor.

Teoría

Un semiconductor tiene un comportamiento intermedio entre el de un conductor, por el que circulan fácil y libremente los electrones, y un aislante, en el que los átomos retienen a los electrones y no los dejan circular libremente.

En todo material semiconductor existe una banda prohibida (una zona que no contiene electrones). En un diagrama de energía es la zona que corresponde a los electrones compartidos por los núcleos que está situada entre la banda interior (banda de valencia) de menor energía, y la banda de conducción.

Los electrones de la banda interior no pueden abandonar el entorno del átomo al que pertenecen, pero, si reciben energía suficiente y saltan a la banda de valencia, pueden circular por todo el material.

Cuando la luz del sol ilumina la superficie del óxido de cobre (I), algunos electrones son golpeados por fotones que les transfieren su energía y los llevan a la banda de conducción, convirtiéndolos en electrones libres (electrones de conducción, que son los componentes de la corriente eléctrica).

En la experiencia que vamos a diseñar, estos electrones libres pasan a la sal que rodea la chapa del óxido de Cu (I) y de ésta a la placa de cobre (que está limpia y desengrasada). De aquí pasan al cable, de él al instrumento de medida y por otro cable regresan a la placa de Cu2 O.

Cuando pasan a través del microamperímetro realizan el trabajo de mover la aguja y así detectamos su paso.

Es un proceso fotoeléctrico y si exponemos la célula a una luz más intensa el número de electrones aumenta. Aumenta mucho más si la luz es intensa y de alta frecuencia (ultravioleta).


Cómo construímos nuestra célula

Utilizamos un hornillo eléctrico de 1500 w (cuanta más potencia mejor).

Sobre él "cocinamos" una placa de cobre del tamaño de la superficie calefactora del hornillo. Desengrasamos la placa lavándola con detergente y procuramos no mancharla con la grasa de nuestras manos. La lijamos para eliminar manchas de sulfato de cobre y de otros compuestos hasta que la superficie del cobre quede lisa.

.Al calentarse la placa de cobre va pasando por distintos colores e irisaciones hasta que finalmente alcanza un color negro de óxido de cobre (II), CuO.

En las primeras fases de la formación del óxido adquiere estas curiosas tonalidades:

"Cocinamos" la placa durante media hora para que se forme un gruesa capa de óxido de cobre (II) de color negro ya que al enfriarse, si la capa es gruesa, se desprende más fácilmente. Esta capa la vamos a retirar.

 

La dejamos enfriar lentamente y por la diferente contracción del cobre metal y de la cubierta de CuO se cuartea y se desprende con facilidad.

Una vez fría la placa (una media hora) la lavamos en un chorro de agua para eliminar los restos de la película negra, sin frotar fuerte, utilizando solamente las manos y sin doblar la placa de cobre.

EN NINGÚN MOMENTO SE DEBE LIJAR O RASCAR para evitar que se dañe la capa de Cu2O que está debajo y es la que vamos a utilizar en el efecto fotoeléctrico.

Montaje

Colocamos esta placa dentro de un vaso de precipitados y frente a ella otra de Cu (sin "cocinar") unidas por pinzas de cocodrilo a un microamperímetro y añadimos una disolución de sal común, NaCl, en agua hasta 1 cm del borde de la chapa. No se deben mojar las pinzas ni la parte de las placas fuera del agua porque esto hace disminuir mucho la producción de corriente.

La disolución de sal común se prepara con cuatro o cinco espátulas -cucharillas- en 200 cc de agua.

La de la izquierda es la placa recubierta de una capa de Cu2 O.

Esta toma corresponde a un día nublado en el interior del laboratorio. Se produjo corriente aunque de poca intensidad y comprobamos que la corriente aumenta, si aumenta la iluminación.

¡ Hemos logrado sacar electrones a la materia!

Esta forma de obtener corriente no tiene nada que ver con la explicada en la pila Daniell aunque los montajes te parezcan semejantes.

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