UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA EFECTO FOTOELCTRICO CAMILA GIL BELLO YAGIO MORENO GRUPO 4 UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA

EFECTO FOTO ELECTRICO En síntesis, este efecto fotoeléctrico consiste en la expulsión (o descarga) de electrones cuando una placa de metal, cargada con electricidad estática, es irradiada con luz. La teoría ondulatoria no explica satisfactoriamente este fenómeno porque la energía de una onda (continua) se extiende sobre la superficie del metal. Los cuantos de luz, sin embargo, actúan como partículas que interaccionan con los electrones del metal, los cuales absorben al cuanto de luz y, luego, son expulsados del metal. http://www.educaplus.org/play-112-Efecto-fotoel%C3%A9ctrico.html Imagen 1: efecto foto eléctrico, fuente: http://www.nodo50.org/ciencia_popular/articulos/Einstein5.htm En este link se podrá ver una animación del efecto foto eléctrico y como se comporta si variamos los niveles de energía

Para remover al electrón, de la superficie de una placa de metal u otro material sólido, se necesita una cierta cantidad mínima de energía la cual depende del material. Si la energía de un fotón es mayor que éste valor mínimo, el electrón es emitido de la superficie del metal. Es decir, el electrón es expulsado transportando una cierta cantidad de energía cinética debida a su propio movimiento. Estas y otras ideas de Einstein revolucionaron al conocimiento moderno de la humanidad. Con el concepto de la naturaleza dual de la luz, que se comporta como onda y como partícula, Einstein puso sólidas bases para el desarrollo de la física cuántica.  Hoy se sabe que el átomo exhibe una estructura cuántica, el electrón también tiene propiedades cuánticas. La teoría cuántica significa el entendimiento del átomo y permite una explicación de la estructura de la materia. El electrón es la primera de todas las demás partículas elementales y es de naturaleza cuántica dual (onda-partícula). El efecto fotoeléctrico, a su vez, es la base de varias tecnologías modernas.

Leyes de la emisión fotoeléctrica Para un metal y una frecuencia de radiación incidente dados, la cantidad de fotoelectrones emitidos es directamente proporcional a la intensidad de luz incidente. 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". 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. 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.

Los cuantos de luz Contradiciendo a la noción prevaleciente en su época, de que la luz era solamente una onda electromagnética, Einstein propuso que la luz, en ciertas circunstancias, es una entidad continua y se comporta como una onda electromagnética pero, en otras circunstancias, se comporta como una entidad discontinua, es decir como partículas individuales (o discretas).  A estas partículas les llamó “cuantos de luz” porque transportan un “cuanto”, es decir, una cantidad (discreta) de energía. La cantidad de energía de un haz de luz está formada por la suma de las energías de esos “cuantos de luz”, llamados también “fotones”. Las teorías, como la electromagnética, en las cuales la energía está “cuantizada” se llaman teoría “cuánticas”. El antecedente inmediato de Einstein ocurrió en Alemania con los trabajos de Max Planck. Imagen 2: Quantum de luz, fuente: http://www.google.com.co/imgres

APLICACIONES 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,

CELULA FOTO ELECTRICA 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 incluídos 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. Imagen 3: Célula foto eléctrica de luz, fuente: http://fisica.laguia2000.com/energia/aplicacion-del-efecto-fotoelectrico

http://www.nodo50.org/ciencia_popular/articulos/Einstein5.htm http://www.google.com.co/imgres http://fisica.laguia2000.com/energia/aplicacion-del-efecto-fotoelectrico