CLASES 15 a 17 La luz: un chorro de partículas Larrondo 2010 A principios de 1900 conocíamos que: A principios de 1900 conocíamos que:  Las partículas son objetos puntuales con masa que cumplen las leyes de Newton  La luz es una OEM, cumple las ecuaciones de Maxwell

Un chorro de partículas no se difracta: sigue las leyes de Newton Larrondo 2010 pantalla

Vista en la Pantalla Larrondo 2010 I r I es constante La mancha en la pantalla tiene la forma de la abertura

Una onda se difracta Larrondo 2010 pantalla

Vista en la Pantalla Larrondo 2010 I La mancha tiene la forma de anillos concéntricos r I es variable

La luz se difracta por lo tanto es una onda ! Larrondo 2010

Surge el problema Larrondo 2010 En 1900 tres experimentos cruciales En 1900 tres experimentos cruciales  Efecto Compton (Compton)  Efecto Fotoeléctrico (Einstein)  Radiación del Cuerpo Negro (Planck)

Larrondo 2010 Efecto Fotoeléctrico

Larrondo 2010 La luz extrae electrones del metal +- e

Ecuaciones Larrondo 2010

Ecuaciones Larrondo 2010 Energía que el electrón extrajo de la onda

Ecuaciones Larrondo 2010 Energía necesaria para extraer el electrón del metal

Ecuaciones Larrondo 2010 Energía cinética remanente del electrón

Para el electrón más veloz Larrondo 2010

Invertimos la batería -+ e

Larrondo 2010 Si Entonces hay corriente. Si la intensidad de la luz crece la corriente también

Larrondo 2010 Si La corriente es cero. Si la intensidad de la luz crece la corriente NO SE RESTABLECE. Si se cambia el color de la luz aumentando su frecuencia SE RESTABLECE LA CORRIENTE

Modelo de Einstein Larrondo 2010 La luz está formada por partículas llamadas fotones Cada fotón tiene La intensidad de la luz está dada por

Modelo de Einstein Larrondo 2010 Si cambiamos la intensidad de la luz sin cambiar el color estamos variando Si cambiamos el color de la luz estamos variando

Modelo de Einstein Larrondo 2010 Si cambiamos el color de la luz estamos variando

Modelo de Einstein Larrondo 2010 Una luz con menor densidad de fotones más energéticos es más eficiente para entregar energía a los electrones pues en el modelo de Einstein cada electrón choca con un único fotón y sólo puede tomar la energía del mismo. Una luz roja es menos eficiente que una azul de igual intensidad !!!

Ecuaciones del Efecto Fotoeléctrico Larrondo 2010

Experimento Simulado Larrondo 2010 Ver el applet con el experimento simulado de Efecto Fotoeléctrico y comprobar 1) el potencial de frenado vs  es una recta 2) la pendiente de la recta es independiente del metal iluminado. 3) la ordenada al origen depende del metal iluminado.

Propiedades de los fotones Larrondo 2010 Efecto Fotoeléctrico Efecto Compton Radiación CN u=P OEM c

Propiedades de los fotones Larrondo 2010 Esta relación vale para cualquier partícula

Propiedades de los fotones Larrondo 2010 Esta relación vale para cualquier partícula

Propiedades de los fotones Larrondo 2010 Se difracta si interactúa con un objeto cuyo tamaño es comparable con  Si interactúa con un objeto cuyo tamaño es mucho mayor que la difracción es despreciable.

Qué partículas son éstas? Larrondo 2010 Los fotones son paquetes de onda Se los obtiene sumando ondas con k en un rango en k [k min, k max ] y un rango en w [w min, w max ]

Qué partículas son éstas? Larrondo 2010

Propuesta de De Broglie Larrondo 2010 Los electrones también son paquetes de onda y por lo tanto tienen una frecuencia y una longitud de onda

Qué partículas son éstas? Larrondo 2010

Propuesta de De Broglie Larrondo 2010

Propiedades de los electrones Larrondo 2010 Esta relación vale para cualquier partícula

Atención Larrondo 2010

En cambio para los fotones Larrondo 2010

Propiedades de los electrones Larrondo 2010 Se difractan si interactúan con un objeto cuyo tamaño es comparable con  Si interactúan con un objeto cuyo tamaño es mucho mayor que la difracción es despreciable.

Ventaja de los electrones Larrondo 2010 La longitud de onda se puede controlar acelerando los electrones  Los electrones pueden usarse con mucha ventaja en microscopía porque el valor de puede reducirse obteniendo imágenes nítidas (sin difracción) de objetos muy pequeños.

Larrondo 2010

Fotografía de microscopio electrónico Larrondo 2010

Bonus pack Larrondo 2010

Otros efectos fotoeléctricos Larrondo 2010 Light Dependent Resistor (LDR) empleado en los sistemas de encendido automático de luz El material es sulfuro de cadmio (CdS) que es semiconductor.

LDR Larrondo 2010 Un semiconductor es un aislante es decir no conduce la electricidad, o para ser más precisos tiene una resistividad muy elevada. Pero el semiconductor tiene enlaces covalentes relativamente fáciles de romper. La energía necesaria para romper un enlace se llama ancho de la zona prohibida. Los aislantes en cambio tienen una zona prohibida muy grande.

LDR Larrondo 2010 Si un fotón entrega suficiente energía a un electrón, se genera un par electrón-hueco y el semiconductor se vuelve conductor. En las siguientes figuras puede ver como tanto el electrón como el hueco se mueven colaborando con la conducción eléctrica. El material conduce la electricidad con una resistencia pequeña.

LDR Larrondo 2010

Cómo se lo obtiene un paquete de ondas? Larrondo 2010

Ejemplo (ver tabla de TF) Larrondo 2010 Envolvente de f(x) Envolvente de F(k) portadora

Larrondo 2010 Ver apunte para el caso de un paquete de onda con envolvente rectangular