Larrondo 2008 CLASE 16 La luz: un chorro de partículas  A principios de 1900 conocíamos que: Las partículas son objetos puntuales con masa que cumplen.

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2 Larrondo 2008 CLASE 16 La luz: un chorro de partículas  A principios de 1900 conocíamos que: Las partículas son objetos puntuales con masa que cumplen las leyes de Newton Las partículas son objetos puntuales con masa que cumplen las leyes de Newton La luz es una OEM, cumple las ecuaciones de Maxwell La luz es una OEM, cumple las ecuaciones de Maxwell

3 Larrondo 2008 Un chorro de partículas no se difracta: sigue las leyes de Newton pantalla

4 Larrondo 2008 Vista en la Pantalla I r I es constante La mancha en la pantalla tiene la forma de la abertura

5 Larrondo 2008 Una onda se difracta pantalla

6 Larrondo 2008 Vista en la Pantalla I La mancha tiene la forma de anillos concéntricos r I es variable

7 Larrondo 2008 La luz se difracta por lo tanto es una onda !

8 Larrondo 2008 Surge el problema  En 1900 tres experimentos cruciales Efecto Compton (Compton) Efecto Compton (Compton) Efecto Fotoeléctrico (Einstein) Efecto Fotoeléctrico (Einstein) Radiación del Cuerpo Negro (Planck) Radiación del Cuerpo Negro (Planck)

9 Larrondo 2008 Efecto Fotoeléctrico

10 Larrondo 2008 La luz extrae electrones del metal +- e

11 Larrondo 2008 Ecuaciones

12 Ecuaciones Energía que el electrón extrajo de la onda

13 Larrondo 2008 Ecuaciones Energía necesaria para extraer el electrón del metal

14 Larrondo 2008 Ecuaciones Energía cinética remanente del electrón

15 Larrondo 2008 Para el electrón más veloz

16 Larrondo 2008 Invertimos la batería -+ e

17 Larrondo 2008 Si Entonces hay corriente. Si la intensidad de la luz crece la corriente también

18 Larrondo 2008 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

19 Larrondo 2008 Modelo de Einstein  La luz está formada por partículas llamadas fotones  Cada fotón tiene  La intensidad de la luz está dada por

20 Larrondo 2008 Modelo de Einstein  Si cambiamos la intensidad de la luz sin cambiar el color estamos variando  Si cambiamos el color de la luz estamos variando

21 Larrondo 2008 Modelo de Einstein  Si cambiamos el color de la luz estamos variando

22 Larrondo 2008 Modelo de Einstein  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 !!!

23 Larrondo 2008 Ecuaciones del Efecto Fotoeléctrico

24 Larrondo 2008 Experimento Simulado  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.

25 Larrondo 2008 Propiedades de los fotones Efecto Fotoeléctrico Efecto Compton Radiación CN u=P OEM c

26 Larrondo 2008 Propiedades de los fotones Esta relación vale para cualquier partícula

27 Larrondo 2008 Propiedades de los fotones Esta relación vale para cualquier partícula

28 Larrondo 2008 Propiedades de los fotones 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.

29 Larrondo 2008 Qué partículas son éstas? 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 ]

30 Larrondo 2008 Qué partículas son éstas?

31 Larrondo 2008 Propuesta de De Broglie Los electrones también son paquetes de onda y por lo tanto tienen una frecuencia y una longitud de onda

32 Larrondo 2008 Qué partículas son éstas?

33 Larrondo 2008 Propuesta de De Broglie

34 Larrondo 2008 Propiedades de los electrones Esta relación vale para cualquier partícula

35 Larrondo 2008 Atención

36 En cambio para los fotones

37 Larrondo 2008 Propiedades de los electrones 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.

38 Larrondo 2008 Ventaja de los electrones 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.

39 Larrondo 2008

40 Fotografía de microscopio electrónico

41 Larrondo 2008 Bonus pack

42 Larrondo 2008 Otros efectos fotoeléctricos  Light Dependent Resistor (LDR) empleado en los sistemas de encendido automático de luz  El material es sulfuro de cadmio (CdS) que es semiconductor.

43 Larrondo 2008 LDR  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.

44 Larrondo 2008 LDR  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.

45 Larrondo 2008 LDR

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48 Cómo se lo obtiene un paquete de ondas?

49 Larrondo 2008 Ejemplo (ver tabla de TF) Envolvente de f(x) Envolvente de F(k) portadora

50 Larrondo 2008  Ver apunte para el caso de un paquete de onda con envolvente rectangular