aplicacion efecto fotoelctrico

INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL. ESIME UNIDAD CULHUACAN

INTRODUCCION.

El efecto fotoeléctrico fue descubierto por Heinrich, en 1887, al observar que ciertos metales, bajo la acción de la luz, emiten cargas negativas. Más adelante se pudo comprobar que eran electrones y que la emisión se debía principalmente a la radiación ultravioleta. Los metales alcalinos son una excepción pues son capaces de emitir electrones al incidir ellos la luz visible.

En el efecto fotoeléctrico tiene lugar una conversión de la energía luminosa en eléctrica. En este efecto se puede poner de manifiesto en forma sencilla: la luz de un arco eléctrico se enfoca con un lente de cuarzo sobre una placa recién pulimentada de zinc metálico, la cual está unida a un electroscopio. Si el electroscopio está cargado negativamente, al incidir la luz sobre la placa de zinc las laminas del electroscopio desciende.

¿A qué se debe? La placa de zinc ha emitido electrones a causa de la radiación recibida y las cargas del electroscopio pasan a la placa, descargándose éste.

Max Planck (1858 - 1947)

Nació en Kiel, Alemania. Después de estudiar en Múnich y Berlín, Planck obtuvo su grado de doctor en 1879. Después de ocupar un cargo en la Universidad de Kiel, Planck fue nombrado profesor de Física Teórica de la Universidad de Berlín en 1899 sustituyendo a Kirchhoff, permaneció aquí hasta 1926. Planck fue premiado en 1918 con el premio Nobel por su descubrimiento sobre la cuantización de la energía.

Al comenzar su carrera, Planck se dedicó al estudio de la Termodinámica, tema éste por el que se interesó a lo largo de toda su vida. Se propuso deducir la ley teórica de la radiación de cuerpo negro. El éxito que coronó su esfuerzo marca el comienzo de la física cuántica, y lo que ahora se conoce como constante de Planck apareció por primera vez en un artículo suyo de 1900.

La vida de Planck estuvo llena de tragedias personales. Uno de sus hijos fue muerto en acción en la Primera Guerra Mundial, y dos hijas suyas murieron durante el parto en el mismo periodo. Su casa fue destruida por bombas en la Segunda Guerra Mundial, y su hijo Erwin fue ejecutado por los nazis en 1944 después de habérsele acusado de planear el asesinato de Hitler.

Se convirtió en presidente del Káiser Wilhem Institute de Berlín en 1930. En su honor dicho centro cambió su nombre por el de Insituto Max Planck después de la Segunda Guerra Mundial. Pasó los dos últimos años de su vida en Göttingen como un honrado y respetado científico y humanista.

APLICACIONES DEL EFECTO FOTOELECTRICOPágina 1


Heinrich Rudolf Hertz

De origen alemán, nació en Hamburgo el 22 de febrero de 1857.

Hizo originalmente estudios de ingeniería pero al final prosiguió con la física. Tuvo relación con dos grandes científicos: Herman Helmholtz, de quien fue gran amigo y Gustavo Kirchoff.

Colaboró para la Universidad de Kiel en 1883 y por entonces comenzó a estudiar las ecuaciones de Maxwell respecto a la teoría electromagnética. En 1885 lo nombraron catedrático de física en la Escuela Superior Técnica de Karlsruhe y más tarde, en 1889 se ocupó de la cátedra de Clausius en Bonn.

Por 1883, la Academia de Ciencias de Berlín hizo una convocatoria orientada a que se presentaran estudios sobre el campo magnético; a instancias de Helmholtz, Hertz comenzó a hacer algunos experimentos al respecto.

Construyó un circuito eléctrico que, de acuerdo a las ecuaciones de Maxwell podía producir ondas magnéticas. Cada oscilación produciría únicamente una onda, por lo que la radiación generada constaría de una longitud de onda grande.

Para establecer la presencia de la mencionada radiación, Hertz fabricó un dispositivo conformado de dos espiras entre las cuales existía un pequeño espacio de aire; Hertz se dio cuenta de que al pasar corriente por la primera espira, se originaba corriente en la segunda.

La explicación que dio a este fenómeno fue que la transmisión de ondas electromagnéticas se generaba a través del espacio existente entre las dos espiras. Por medio de un detector, Hertz determinó la longitud de onda que era de 66 centímetros o 2.2 pies y su velocidad.

También el científico demostró que la naturaleza de estas ondas y la susceptibilidad hacia la reflexión y la refracción eran igual que la de las ondas de luz.

Cuando Hertz trabajaba como profesor de física en la Universidad de Bonn se dedicó al estudio de los rayos catódicos y logró determinar su carácter ondulatorio; además demostró que el calor proporciona una forma de radiación electromagnética.

Escribió una sola obra llamada "Gesammelte Werke" que consta de tres tomos, el primero incluye algunos trabajos y la conferencia dictada en Heidelberg en la Asamblea de los naturistas: "Sobre las ondas eléctricas"; el tomo dos es "Trabajos Varios" y el tomo tres es "Principios de mecánica".

Siendo muy joven, de treinta y siete años, Hertz murió en Bonn el 1 de enero de 1894, dejando inconclusos varios de sus proyectos.

Su obra fue publicada en Leipzig en el mismo año de su muerte, posteriormente a ella.



EFECTO FOTOELECTRICO.

Se llama efecto fotoeléctrico al proceso de emisión de electrones en la superficie de un metal alcalino cuando inciden sobre él las radiaciones de la luz (visibles y ultravioletas).

Las características de la emisión fotoeléctrica referida a un metal son:

La emisión de electrones es instantánea al incidir la luz sobre el metal.

El aumentar la intensidad luminosa se incrementa el número de electrones emitidos, pero no la velocidad de salida.

La velocidad de los electrones emitidos solo depende de la frecuencia de la radiación incidente.

Para cada metal existe una cierta frecuencia umbral, por debajo de la cual no se produce emisión fotoeléctrica.

Interpretación del efecto fotoeléctrico:

El efecto fotoeléctrico es un fenómeno general, pero las experiencias citadas del cinc y del metal alcalino indican que la emisión de los electrones depende de la frecuencia de la luz excitatriz. Cuando se someten los metales a la acción sucesiva de las radiaciones luminosas, desde la radiación ultravioleta hasta las infrarrojas, se comprueba que un metal determinado el efecto fotoeléctrico se produce cuando la frecuencia de la radiación es superior a un valor límite que se llama umbral fotoeléctrico.

Se ha podido comprobar que las partículas emitidas por los metales tienen la carga y la masa de los electrones e- y son iguales cualquiera que sea el metal empleado en la experiencia.

Hipótesis de Einstein. Los fotones. Cuantificación de la energía:

El efecto fotoeléctrico, descubierto por Hertz en 1887, demuestra que la energía luminosa transportada por las radiaciones que inciden en el metal se transforma en energía mecánica. Parte de esa energía mecánica se emplea en arrancar los electrones de la superficie del metal y parte se transforma en energía cinética de los electrones que salen expulsados con una velocidad (v).

La teoría ondulatoria de la luz no explica suficientemente el efecto fotoeléctrico ya que según esta teoría, la energía luminosa transportada por una radiación. Sin embargo, hemos dicho antes, que el umbral fotoeléctrico de pende de la frecuencia de la radiación excitatriz, y la mayor o menor iluminación del metal influye en el número de electrones impulsados, pero no en la velocidad que adquieren.



De aquí que se buscara una explicación del fenómeno fotoeléctrico partiendo de la teoría de los quanta por el físico Alemán Marx Planck (1858 - 1947) en el año 1900. Según esta teoría la energía transportada por una radiación de frecuencia (f) es siempre un múltiplo entero del producto (h x f) donde (h) representa una constante universal que vale, en el S.I., h = 6,62 x 10 -34 Joules.s.

El, producto (h x F) constituye el cuanto de energía, es decir, la menor cantidad de energía que se puede obtener en una radiación de frecuencia (f): es como un átomo o grado de energía. Esto llevo a Einstein a replantear nuevamente la teoría corpuscular de la luz debido a Newton, diciendo que la luz consta de pequeños cuantos o gramos de energía, a los que llamó fotones.

Cada fotón de una radiación (luminosa) de frecuencia (f) transporta una energía.

E = h x f

Siendo:

E: Energía del fotón

h: Constante universal, llamada constante de Planck; su valor es 6,63x10 -34 joule.s

f: Frecuencia de la radiación.

Observamos que según ésta ecuación:

La energía radiante, tal como la luz, se propaga en paquetes de energía, cuyos tamaños son proporcionales a la frecuencia de la radiación.

La energía ha de ser absorbida o emitida por cuantos completos, no siendo admisibles fracciones del cuanto.

En definitiva la energía, igual que la materia, presenta una estructura discontinua. A partir de la teoría de Planck, todas las energías están permitidas, sino sólo aquellas que sean múltiples de (h).

La hipótesis de Planck ha sido confirmada y es una de las más fructíferas de toda la Física; la cual fue presentada en un Congreso de Berlín. Esta hipótesis, se basó en las radiaciones emitidas por cualquier fotón luminoso, indicando que no son un flujo continuo de ondas luminosas, sino una corriente de fotones individuales.

El Fotón lo podemos definir así:

Un fotón es la unidad de radiación electromagnética con una longitud de onda y una frecuencia determinada, que posee una cierta cantidad de energía llamada “cuanto de energía”.



Ecuación de Einstein del efecto fotoeléctrico:

El efecto fotoeléctrico explica fácilmente a partir de la hipótesis fotónica de la luz.

Al llegar a la superficie del metal, un fotón de frecuencia (f) correspondiente a la radiación lumínica, choca con un átomo y le arrancará un electrón si la energía del fotón (E = h x f) es mayor que el trabajo o energía de extracción del electrón (Eo)

La deferencia E - Eo entre la energía del fotón y la energía de extracción se convierte en energía cinética del metal expulsando con una velocidad (v). Por tanto:

E - Eo = ½ m v2, Es decir: E = Eo + ½ m v2

La energía del fotón (E) se emplea en arrancar el electrón del metal y comunicarle una energía cinética.

La energía correspondiente al valor del umbral fotoeléctrico (fo) será:

h x fo = Eo

EL efecto fotoeléctrico se produce cuando la energía de la radiación es igual o mayor que el umbral fotoeléctrico.

La frecuencia (f) en este caso, debe ser igual o mayor que (fo), frecuencia límite: fo = Eo/h, por debajo de la cual no es disponible obtener el efecto fotoeléctrico en el metal cuya energía de extracción vale Eo.

convertir las variaciones de la intensidad luminosa en intensidad de corriente. Estas a su vez al ser amplificadas son capaces de accionar un altavoz.

Ondas materiales:

En 1824, el físico francés Luis de Broglie sugirió la idea que la naturaleza dual de la luz onda corpúsculo evidencia al mismo tiempo la naturaleza ondulatoria de todas las partículas elementales. Al poner Einstein la equivalencia entre masa y energía (E = c x m2) postulada que en todo sistema mecánico las ondas están asociadas con las partículas materiales.

En su forma actual, ésta teoría se conoce con el nombre de mecánica ondulatoria. Así como las leyes de la mecánica clásica de Newton son indispensables para poder explicar el comportamiento de los cuerpos macroscópicos, la mecánica ondulatoria es esencial cuando se estudian masas de dimensiones atómicas y subatómicas.

Así, una partícula radiante m que se desplaza con la velocidad v posee una cantidad de movimiento p. Dicha cantidad de movimiento viene dado por la ecuación:

P = m x v



En el caso del fotón, aunque se considera que no tiene masa se ha visto que posee impulsos o cantidad de movimiento al estudiar el choque de fotones con electrones.

Llamemos p la cantidad de movimiento de un fotón de frecuencia f y de energía E = h x f.......... (1).

Por la equivalencia de Einstein entre masa y energía, E = m x c2 escribimos E=mxcxc. Como m x c = p podemos escribir que: E = p x c............ (2).

Al igualar las ecuaciones (1) y (2) nos resulta que: h x f = p x c.......... (3).

Por otra parte, sabemos que c = f que al sustituir lo de (3) nos queda: h x f = p, luego h = p, de donde al despejar nos queda:

& = h/p.............. (4).

&: Longitud de onda del fotón.

h : Es un factor de personalidad llamado constante de Planck y cuyo valor es 6,63x10 -34 J.s

p: Es la cantidad de movimiento.

Esta ecuación (4), conocida por la relación de Broglie, relaciona la longitud de onda de un fotón en función inversa de la cantidad de movimiento del mismo.

Supongamos que una partícula radiante de una masa m y velocidad v; posee una energía E y una cantidad de movimiento p = m x v. La longitud de onda asociada a la partícula se obtiene de la relación de Broglie.

& = h/p como p = m x v; nos queda que: & = h/m x v............... (5)

Según (5), cuanto más de prisa se nueve la partícula, menos es la longitud de onda que lleva asociada.

Relación entre la energía del fotón y la longitud de onda de la luz:

La relación entre la energía del fotón y la longitud de onda de la correspondiente luz puede deducirse del modo siguiente:

Nosotros sabemos que: & = c/v

Si multiplicamos el numerador y el denominador por h nos queda que:

c h. c



& = -------- = ------------- de donde h x v = Efotón

v h. v

Quedándonos que:

h x c

& = -------------

Efotón

Evaluemos h x c, sustituyendo la constante de Planck h y la velocidad de la luz c.

h x c = (6.63 x 10 -34 Joules.s) x (3 x 10 8 m/s) = 1.98 x 10 -25 joules.m

Transformamos los joules-m a eV-metro

Sabemos que 1m = 10 10 angstroms

1 joule = 6,25 x 10 18 eV; luego

h x c = (1,98 x 10 -25 J.m) x (10 10 A) x (6,25 x 10 18 eV/J)

h x c = 1, 2375 x 10 4 eV-angstrom.

Esto significa que la longitud de onda en angstroms será:

1,2375 x 10 4 eV-angstrom

& = -----------------------------------------------------

E

Donde E es la energía del fotón en electrón-voltio, por lo que la energía en electrón-voltio de un simple fotón de longitud de onda & (lambda) medida en angstroms, viene dada por:

& x E = 12375 electrón-voltio-angstroms.

La parte más extraña del efecto fotoeléctrico no era si la luz tenía suficiente energía para

desprender electrones, sino cómo sucedía este fenómeno. Cuando los físicos comenzaron a

medir la energía cinética de los electrones emitidos con distintas frecuencias e intensidades

de la luz, se encontraron con que los resultados contradecían todas sus suposiciones.



Predicción: al hacer la luz más brillante (es decir, al aumentar su intensidad) se emitirían la

misma cantidad de electrones, pero cada electrón tendría mayor energía.

Resultado: al hacer la luz más brillante, se emitían más electrones, pero cada electrón tenía

la misma energía.

Predicción: al cambiar el color de la luz (al cambiar su frecuencia) se emitirían más

electrones, pero no habría cambios en la energía de cada electrón.

Resultado: el cambiar el color de la luz no tenía efecto en el número de electrones

emitidos, pero cada electrón tenía una energía mayor o menor, dependiendo del color.

Lo que es más, se descubrió que cada tipo de lámina metálica tenía una “frecuencia

umbral’. La luz con frecuencia menor de este umbral no tenía ningún efecto. La luz con

frecuencia superior al umbral daba lugar a emisión de electrones. Una vez que se traspasaba

esta frecuencia umbral, la energía de los electrones emitidos aumentaba según se

aumentaba la frecuencia de la luz. En el caso del zinc, la luz blanca no tenía efecto sobre las

láminas, porque su frecuencia estaba por debajo de la frecuencia umbral del zinc. La luz

violeta, cuya frecuencia está por encima de este umbral, hacía que se desprendieran

electrones; cuando se aumentaba todavía más la frecuencia (luz ultravioleta, por ejemplo)

también se aumentaba la energía de los electrones.

Para explicar este efecto paradójico, Einstein utilizó una teoría revolucionaria que había

desarrollado en 1900 Max Planck (1858-1947), un profesor de física de la Universidad de

Berlín. Planck se había dedicado al tema de la energía de radiación, intentando explicar la

ausencia de lo que era conocido como la “catástrofe ultravioleta”.

La catástrofe ultravioleta era otra vía muerta para los físicos, y tenía relación con un

fenómeno denominado “radiación del cuerpo negro”. Cualquier objeto que absorbiera

energía electromagnética (un grill de barbacoa, una máquina de café o unas chuletas) emite

a su vez energía electromagnética, con distinto grado de eficacia. Un cuerpo negro es

sencillamente un objeto idealizado que absorbiera toda la energía electromagnética

incidente y que, también emitiera toda la energía absorbida. Aunque este objeto ideal no



exista (la aplicación práctica más cercana sería una esfera negra con un pequeño agujero) el

término agrupa a todos los absorbentes y radiadores imperfectos. Los estudios sobre las

formas en que los objetos emitían la radiación del cuerpo negro revelaron un hecho

inquietante: la realidad no estaba de acuerdo con la teoría. Para la teoría, al calentar un

cuerpo negro se llegaría a los que se denominaba la “catástrofe ultravioleta”.

Para intentar ilustrar el tema, imaginemos que hemos rellenado de carbón ¡a barbacoa y la

hemos encendido! El carbón empieza a radiar energía electromagnética, tanto en forma de

luz infrarroja de baja frecuencia (lo que llamamos “calor”). Y también luz visible de alta

frecuencia (lo que denominamos “fuego”). Hay que tener cuidado con no confundir la

ausencia de radiación visible (llamas), con la ausencia de radiación, y no intentar encender

de nuevo los carbones. Después de colocar una cafetera en el grill, colocamos unas

brochetas sobre el carbón. También absorben y emiten radiación electromagnética. Por

ahora, todo va perfectamente.

Desgraciadamente, la teoría predecía que la energía radiada tenía que estar igualmente

dividida entre todas las frecuencias electromagnéticas (es decir, desde la infrarroja de baja

frecuencia hasta el rango de las ultravioletas). En otras palabras, al encender los carbones

no sólo produciríamos calor y bonitas llamas, sino también radiación ultravioleta y también

rayos X y rayos gamma. Según se calentara, no solamente se tostarían las chuletas, sino

también nosotros y todo lo que nos rodeara. Esta era la “catástrofe ultravioleta”. Y ya que

no se producía, ¿cuál era la explicación?

La revolucionaría explicación aportada por Planck fue la de que la energía no se radiaba

como un continuo a través del espectro electromagnético, a cualquier frecuencia posible.

Solamente se podía emitir en paquetes discretos, discontinuos, que Planck denominó

“cuantos”, y frecuencias diferentes requerían también un número diferente de “paquetes” de

energía.

La emisión de luz de baja frecuencia requiere pocos paquetes de baja energía, mientras que

las ondas de luz en el extremo ultravioleta del espectro requieren un número enorme de

paquetes de alta energía. Esta era la explicación de por qué sentarse cerca de la barbacoa no

es un suicidio. Planck se dio cuenta de que había descubierto algo importante, pero nunca



soñó con que sus cuantos representaran cualquier tipo de realidad física. Sin embargo,

Einstein utilizó esta teoría para explicar el efecto fotoeléctrico. Donde Planck había

afirmado que la radiación se distribuía en paquetes discretos, Einstein fue aún más lejos,

afirmando que esos paquetes discretos representaban partículas de luz. Suponiendo que la

luz no era sólo una onda sino una partícula con una cantidad discreta de energía, el efecto

fotoeléctrico podía explicarse fácilmente:

Predicción: el hacer la luz más brillante sólo significaba que más fotones de una energía

dada incidían en la placa metálica. Esto quiere decir que hay más colisiones entre fotones y

electrones. Y que se desprenden más electrones, cada uno con la misma energía.

Resultados: coinciden con la predicción.

Predicción: al cambiar el color de la luz se cambia la energía de cada fotón, pero no el

número de fotones que inciden en la placa metálica. Como resultado, hay el mismo número

de colisiones, es decir, se desprende el mismo número de electrones, pero esos electrones

tienen distinta energía.

Resultados: coinciden con la predicción.

Los fotones también explican el umbral de energía. La energía de cada fotón es una función

de su frecuencia, es decir, del color. Si la frecuencia es demasiado baja, el fotón no tiene

suficiente energía para desprender un electrón de la placa. Esto explica por qué no se

produce una corriente eléctrica cada vez que las luces de un automóvil inciden sobre una

señal de “Stop”: simplemente, los fotones no tienen energía suficiente.

A pesar de lo ingeniosa y matemáticamente correcta teoría de Einstein sobre el efecto

fotoeléctrico, ésta no fue muy bien recibida por la comunidad científica. No había ninguna

duda de que la luz fuera una onda, ya que había sido demostrado muchas veces. Pero, de

pronto, parecía que la única explicación del efecto fotoeléctrico era considerar la luz como

un haz de partículas individuales. Muchos físicos se opusieron a la tesis de Einstein,

argumentando que, aunque proporcionara un aparato matemático capaz de describir el



fenómeno, no representaba una visión

apropiada de la realidad. La luz era una

onda, y nada más. ¿Nada más, realmente?

Dualidad onda-corpúsculo

El efecto fotoeléctrico fue uno de los primeros efectos físicos que puso de manifiesto la dualidad onda-corpúsculo característica de la mecánica cuántica. La luz se comporta como ondas pudiendo producir interferencias y difracción como en el experimento de la doble rendija de Thomas Young, pero intercambia energía de forma discreta en paquetes de energía, fotones, cuya energía depende de la frecuencia de la radiación electromagnética. Las ideas clásicas sobre la absorción de radiación electromagnética por un electrón sugerían que la energía es absorbida de manera continua. Este tipo de explicaciones se encontraban en libros clásicos como el libro de Millikan sobre los Electrones o el escrito por Compton y Alison sobre la teoría y experimentación con rayos X. Estas ideas fueron rápidamente reemplazadas tras la explicación cuántica de Albert Einstein.

Leyes de la emisión fotoeléctrica

1. Para un metal y una frecuencia de radiación incidente dado, la cantidad de fotoelectrones emitidos es directamente proporcional a la intensidad de luz incidente.

2. Para cada metal dado, existe una cierta frecuencia mínima de radiación incidente debajo de la cual ningún fotoelectrón puede ser emitido. Esta frecuencia se llama frecuencia de corte, también conocida como "Frecuencia Umbral".

3. Por encima de la frecuencia de corte, la energía cinética máxima del fotoelectrón emitido es independiente de la intensidad de la luz incidente, pero depende de la frecuencia de la luz incidente.

4. La emisión del fotoelectrón se realiza instantáneamente, independientemente de la intensidad de la luz incidente. Este hecho se contrapone a la teoría Clásica: la Física Clásica esperaría que existiese un cierto retraso entre la absorción de energía y la emisión del electrón, inferior a un nanosegundo.

Formulación matemática

Para analizar el efecto fotoeléctrico cuantitativamente utilizando el método derivado por Einstein es necesario plantear las siguientes ecuaciones:


Efecto fotoeléctrico

http://es.wikipedia.org/wiki/Thomas_Young

http://es.wikipedia.org/wiki/Experimento_de_Young

http://es.wikipedia.org/wiki/Mec%C3%A1nica_cu%C3%A1ntica

http://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:Photoelectric_effect.svg


Energía de un fotón absorbido = Energía necesaria para liberar 1 electrón + energía cinética del electrón emitido.

Algebraicamente:

,

Que puede también escribirse como

.

donde h es la constante de Planck, f0 es la frecuencia de corte o frecuencia mínima de los fotones para que tenga lugar el efecto fotoeléctrico, Φ es la función trabajo, o mínima energía necesaria para llevar un electrón del nivel de Fermi al exterior del material y Ek es la máxima energía cinética de los electrones que se observa experimentalmente.

Nota: Si la energía del fotón (hf) no es mayor que la función de trabajo (Φ), ningún electrón será emitido.

En algunos materiales esta ecuación describe el comportamiento del efecto fotoeléctrico de manera tan sólo aproximada. Esto es así porque el estado de las superficies no es perfecto (contaminación no uniforme de la superficie externa).

APLICACIONES DEL EFECTO FOTOELECTRICO

El descubrimiento del efecto fotoeléctrico tuvo gran importancia para la comprensión más

profunda de la naturaleza de la luz. Sin embargo el valor de la ciencia consiste no solo en

esclarecer la estructura compleja del mundo, sino en proveer los medios que permiten

perfeccionar la producción y mejorar las condiciones de trabajo y vida de la sociedad.

Gracias al efecto fotoeléctrico se volvió posible el cine hablado, así como la transmisión de

imágenes animadas (televisión). El empleo de aparatos fotoeléctricos permitió construir

maquinarias capaces de producir piezas sin intervención alguna del hombre. Los aparatos

cuyo funcionamiento se asienta en el aprovechamiento del efecto fotoeléctrico, controlan el

tamaño de las piezas mejor de lo que podría hacerlo cualquier operario, permitiendo

encender y apagar automáticamente la iluminación de calles, faroles, etc.


http://es.wikipedia.org/wiki/Funci%C3%B3n_trabajo

http://es.wikipedia.org/wiki/Constante_de_Planck

http://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_cin%C3%A9tica

http://es.wikipedia.org/wiki/Electr%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Fot%C3%B3n


Todo esto se volvió posible debido a la invención de aparatos especiales llamados Células

Fotoeléctricas, donde la energía de la luz, controla la energía de la corriente eléctrica o se

transforma en corriente eléctrica.

Una célula fotoeléctrica moderna consta de un balón de vidrio cuya superficie interna está

revestida, en parte, de una capa fina de metal con pequeño trabajo de arranque (Figura a

continuación). El cual es el Cátodo. A través de la parte transparente del balón, llamada

ventana, la luz penetra al interior de ella. En el centro del balón existe una chapa metálica

que es el ánodo y sirve para captar electrones fotoeléctricos. El ánodo se liga al polo

positivo de una pila.

Las células fotoeléctricas modernas reaccionan a la luz visible incluidas los rayos

infrarrojos.

Cuando la luz incide en el cátodo de la célula fotoeléctrica, en el circuito se produce una

corriente eléctrica que acciona un relé apropiado. La combinación de la célula fotoeléctrica

con un relé permite construir un sinfín de dispositivos capaces de ver, distinguir objetos,

etc. Los aparatos de control automático de ingreso en el metro constituyen un ejemplo de

tales sistemas.



Estos aparatos accionan una barrera que impide el avance del pasajero, en caso que el

atraviese la faja luminosa sin haber previamente introducido el valor necesario en el

monedero del dispositivo para pagar el metro.

Los aparatos de este tipo vuelven posible la prevención de accidentes. Por ejemplo en las

empresas industriales, una célula fotoeléctrica logra detener casi instantáneamente una

prensa potente y de gran porte si por ejemplo, se diera la fatalidad de que un operario

coloque su brazo en la zona de peligro.

La figura sobre la izquierda, esquematiza una célula fotoeléctrica. Cuando la luz incide en

la célula, en el circuito de la pila Pi1 produce una corriente eléctrica de pequeña intensidad

que atraviesa la resistencia R cuyas extremidades están ligadas a la grilla y al cátodo del

tríodo.

El potencial del punto G (grilla) es inferior al del punto C (Cátodo). La válvula, en estas

condiciones no deja pasar la corriente eléctrica y por tanto, en el circuito anódico del tríodo

no existe corriente.

Si la mano o el brazo de ese trabajador del ejemplo, se encuentra por un descuido en la

zona de peligro, la misma interrumpe el flujo luminoso que normalmente incide en la célula

fotoeléctrica.

La válvula queda abierta a través del bobinado del relé electromagnético enlazado al

circuito anódico pasa la corriente eléctrica, accionando el relé cuyos contactos cierran el

circuito de alimentación del mecanismo responsable por parar la presa.

Una célula fotoeléctrica permite reconstituir los sonidos registrados en las películas de cine.

Además del efecto fotoeléctrico externo estudiado en esta oportunidad, también existe el

efecto fotoeléctrico interno, propio de los semiconductores, muy utilizado por ejemplo en

las resistencias fotoeléctricas, esto es, aparatos eléctricos cuya resistencia depende de la

intensidad de la iluminación.



Se aplica igualmente en los aparatos eléctricos semiconductores que transforman de forma

directa, la energía luminosa en energía eléctrica.

Tales aparatos pueden servir de fuente de corriente eléctrica, permitiendo evaluar la

intensidad de iluminación, por ejemplo en fotómeros. En el mismo principio se asienta el

funcionamiento de baterías solares, de las que están munidas todas las naves espaciales.

El efecto fotoeléctrico es la base de la producción de energía eléctrica por radiación solar y del aprovechamiento energético de la energía solar. El efecto fotoeléctrico se utiliza también para la fabricación de células utilizadas en los detectores de llama de las calderas de las grandes centrales termoeléctricas. Este efecto es también el principio de funcionamiento de los sensores utilizados en las cámaras digitales. También se utiliza en diodos fotosensibles tales como los que se utilizan en las células fotovoltaicas y en electroscopios o electrómetros. En la actualidad los materiales fotosensibles más utilizados son, aparte de los derivados del cobre (ahora en menor uso), el silicio, que produce corrientes eléctricas mayores.

El efecto fotoeléctrico también se manifiesta en cuerpos expuestos a la luz solar de forma prolongada. Por ejemplo, las partículas de polvo de la superficie lunar adquieren carga positiva debido al impacto de fotones. Las partículas cargadas se repelen mutuamente elevándose de la superficie y formando una tenue atmósfera. Los satélites espaciales también adquieren carga eléctrica positiva

Las células fotoeléctricas se pueden fabricar sensibles a la luz visible y a la luz invisible cono los rayos infrarrojos. Esto permite un uso muy variado en la industria, en los laboratorios y en la vida cotidiana. Entre esas múltiples aplicaciones tenemos:

Para 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 X.

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.

Reproducción del sonido: Si observamos la figura anterior, en donde se muestra una pequeña lámpara B, la cual ilumina a través del lente L, la banda sonora de una película. El


http://es.wikipedia.org/wiki/Luna

http://es.wikipedia.org/wiki/Silicio

http://es.wikipedia.org/wiki/Cobre

http://es.wikipedia.org/wiki/Electr%C3%B3metro

http://es.wikipedia.org/wiki/Electroscopio

http://es.wikipedia.org/wiki/C%C3%A9lulas_fotovoltaicas

http://es.wikipedia.org/wiki/Diodo

http://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_solar

http://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_solar_fotovoltaica


flujo que absorbe la banda sonora incide sobre una célula fotoeléctrica que es capaz de convertir las variaciones de la intensidad luminosa en intensidad de corriente. Estas a su vez al ser amplificadas son capaces de accionar un altavoz.

CONCLUSION.

El resultado del efecto fotoeléctrico como ya dijimos es la emisión de electrones en la superficie de un metal alcalino cuando inciden sobre él las radiaciones de la luz (visibles y ultravioletas).

Tenemos como resultado que la luz natural como la ultravioleta está cargada de electrones y que es una fuente de energía natural.

El efecto fotoeléctrico se produce cuando la frecuencia de la radiación es superior a un valor límite que se llama umbral fotoeléctrico, se ha podido comprobar que las partículas emitidas por los metales tienen la carga y la masa de los electrones y son iguales cualesquiera que sea el metal empleado en la experiencia.

BIBLIOGRAFIA

http://fisica.laguia2000.com/energia/aplicacion-del-efecto-fotoelectrico

http://www.slideshare.net/araoz22781/efecto-fotoelectrico


http://www.slideshare.net/araoz22781/efecto-fotoelectrico

http://fisica.laguia2000.com/energia/aplicacion-del-efecto-fotoelectrico

aplicacion efecto fotoelctrico

Documents

Transcript of aplicacion efecto fotoelctrico