Propuesta Trabajo Grado

FSICA MODERNATRABAJO COLABORATIVO TRES

GRUPO No. (32)HECTOR JAIR LESMES - 1013621767JHON JAMILTON LARROTA - CDULA DE CIUDADANAJONNATAN FERNANDO GOMEZ - CC1018402735SANDRA MILENA RUIZ - 1013584296

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA UNADESCUELA DE CIENCIAS BSICAS, TECNOLOGA E INGENIERA MAYO 2014

CONTENIDO

PginaINTRODUCCIN32. MARCO TERICO43. RESULTADOS53.1 Materia 1 53.2 Materia 2 54. ANLISIS DE LOS RESULTADOS64.1 Actividad 1.64.2 Actividad 264.3 Actividad 364.4 Actividad 464.5 Actividad 565. CONCLUSIONES76. BIBLIOGRAFA8

INTRODUCCIN

(Se debe elaborar despus de tener completo el resto del documento: Se presenta en forma sucinta y clara el tema abordado. Presenta claramente el proceso seguido durante el estudio. Da fiel razn del contenido del documento. Muestra los alcances, lmites y pretensiones del trabajo.)

2. MARCO TERICO

Ciertos materiales, al recibir cierto tipo de luz, alteran su respuesta elctrica. Microscpicamente hablando, la luz puede hacer que aumenten los electrones disponibles para conduccin. De hecho, puede establecerse una corriente elctrica espontnea si la trayectoria es cerrada (circuito cerrado). Este fenmeno es conocido como Efecto Fotoelctrico. Su definicin exacta ha variado con el transcurso de los aos, los experimentos, la teorizacin al respecto y las investigaciones formales. A continuacin se consigna separadamente el aspecto microscpico de las partculas involucradas y el aspecto macroscpico del cmulo total que conforma el slido. Posteriormente se encuentra el concepto global que une ambos puntos de vista. Aspecto Microscpico - Los electrones orbitan alrededor de los ncleos debido a la fuerza electromagntica atractiva: cambios en su energa cintica pueden desencadenar que los electrones salgan de sus rbitas. - La luz es una onda electromagntica. Cualquier flujo lumnico a travs de un tomo o molcula es experimentado por los electrones como un campo electromagntico que los excita. - La excitacin electromagntica para un electrn ligado es simplemente una adicin a su energa total equivalente justamente a la energa que la onda electromagntica pierda: exactamente igual a como funciona un colador, si un material (por ejemplo, un vidrio) parece bloquear la luz, es posible que no sea porque sta se refleje, sino porque haya sido ABSORBIDA por l. - La onda electromagntica transfiere energa en cuantos llamados FOTONES. Los fotones son la mnima cantidad de energa transferible al electrn y su valor numrico (es decir, su tamao, usando una metfora) depende de la frecuencia de la onda. Un cuanto de luz, un fotn, tiene una energa E = hf, donde h es la constante de planck y f la frecuencia de la onda electromagntica incidente. De lo anterior, entonces:

Aspecto Macroscpico-Cuando se suministra luz a diversos materiales en cortocircuito, slo algunos establecen una corriente elctrica.-Al variar la frecuencia de la luz incidente, se observa mayor o menor efecto fotoelctrico. Particularmente, existe una frecuencia de corte a partir de la cual se presenta el efecto Fotoelctrico.-La cantidad de electrones desprendidos por causa de la luz es proporcional a la Intensidad Luminosa (relacionada con la amplitud de la onda electromagntica), pero no guarda relacin con la frecuencia. La frecuencia de la luz slo determina si se presenta o no el efecto.-Con mayor detalle, se encuentra que, ms all de la frecuencia de corte hay frecuencias especficas donde, para una misma intensidad, parece haber una mejor respuesta del material.Se modela el fenmeno comprendiendo que la luz suministraenerga para dos aspectos:1. Que el electrn del material se libere (electrn libre). 2. Que se electrn libre se acelere.

De donde ya podemos deducir que el efecto fotoelctrico se presenta en semiconductores con gran claridad; en otros materiales algunas veces no pueden diferenciarse con tanta facilidad los electrones provenientes de este efecto (llamados fotoelectrones en argot tcnico) de los libres comunes que pueda tener el material. Por supuesto, en metales este efecto se puede presentar y exhibirse mediante un nodo que atraiga los electrones liberados. La energa del electrn liberado es:

=

Donde phi () es la energa necesaria para liberar el electrn, nombrada comnmente como Funcin Trabajo. Como puede verse, ste es unmodelo eminentemente cuntico: la energa electromagntica est cuantizada respecto a su interaccin con la materia, y en general colisiona como partcula.En general un electrn absorbe energa electromagntica en mltiplos enteros de la cantidad mnima posible Ef, es decir, absorbe fotones de energa. Si la fuente de luz tiene varias frecuencias, entonces absorbe diferentes fotones.Para aclarar lo anterior se suele decir que un fotn tiene distinto color que otro: as, el fotn de la onda electromagntica de mayor frecuencia tiende a ser ms violeta. Esto, por supuesto, no es ms que notacin y nemotecnia, ya que el color es una construccin cerebral sin otra realidad fsica que la frecuencia de oscilacin de la onda; se puede decir que una onda tiene mayor o menor longitud de onda o frecuencia de oscilacin, pero hablar de color no es fsicamente exacto, ya que la percepcin del color es relativa.En un tomo, a primer orden de aproximacin, las transiciones en estados electrnicos slo ocurren entre estados adyacentes de energa: el nmero cuntico n del nuevo estado al que evoluciona un electrn debe ser consecutivo al anterior, por defecto o por exceso; por ejemplo, si el electrn est en una rbita correspondiente a n=2, slo puede pasar a una rbita n=1 o n=3 cuando mucho.Por esto, slo fotones del tamao (o color, ya que en todo caso estas son slo metforas) suficiente como para proveer esta energa pueden provocar estos cambios. Si el fotn es absorbido, salta a n=3; si el fotn es emitido por el electrn, esto corresponde a un salto a un nivel inferior n=2. Es importante recordar que un electrn tambin puede emitir espontneamente fotones, si su decaimiento a niveles inferiores es tambin espontneo.

3. RESULTADOS

3.1 Materia 1 (SODIO)NoVARIABLESSIMULADOR

INTENSIDADLONGITUD DE ONDA

178%298

231%423

347%184

459%352

582%291

658%268

73%394

828%432

976%161

1063%615

1150%633

1262%189

1332%837

1454%254

Clculos TericosEn caso de que exista desprendimiento de electrones (para los valores suministrados en la tabla) en el material utilizado se debe presentar el clculo de la longitud de onda de la luz incidente.

Adems, encontrar el valor de la longitud de onda umbral y frecuencia umbral de cada material de forma experimental.

3.2 Materia 2 (ZINC)NoVARIABLESSIMULADOR

INTENSIDADLONGITUD DE ONDA

178%298

231%423

347%184

459%352

582%291

658%268

73%394

828%432

976%161

1063%615

1150%633

1262%189

1332%837

1454%254

Clculos Tericos

4. ANLISIS DE LOS RESULTADOS4.1 Actividad 1.

Teniendo en cuenta, los resultados arrojados despus de realizar los experimentos, se puede notar que para cada caso, el efecto fotoelctrico (desprendimiento de los electrones) depende de la frecuencia de la seal emitida por el foco de luz en la placa; por ejemplo, para el zinc la frecuencia umbral es de 1,0*1015 Hz y la frecuencia de mayor emisin de fotones fue de 2,01*1015 Hz (Ver Tabla 2), para lo cual se comprueba que a mayor frecuencia mayor emisin de fotones, es decir, son proporcionales.Para cada uno de los metales propuestos, se comprueba que la emisin de electrones depende de la frecuencia lumnica, medida en nanmetros (nm). Experimentalmente, colocamos el selector para frecuencia lumnica, en el extremo derecho y deslizamos el selector hacia la izquierda por la escala de colores, hasta que el ampermetro en el circuito, empieza a verificar la existencia de corriente elctrica. Al disminuir la longitud de onda se aumenta la energa de los fotones. Para cada metal, existe una frecuencia mnima, a partir del cual es posible la inyeccin de electrones. Esa frecuencia mnima tiene que ver con la energa necesaria para liberar cada uno de los electrones de un metal. La escala deintensidadde la radiacin va de 0 a 100%, al deslizar el selector de izquierda a derecha, aumenta el nmero de fotones, pero no afectasobre la seal de corriente.

4.2 Actividad 2Segn el metal seleccionado y colocando la intensidad en nivel intermedio 52%, disminuimos la longitud de onda, llegamos a un punto que nos indica, que hay alguna corriente elctrica. Por tanto esta radiacin provoca la inyeccin de electrones, los cuales estn representados por bolitas. Si aumentamos la frecuencia, disminuimos la longitud de onda, los electrones eyectados salen con mayor energa cintica, en la grfica se puede ver los electrones en funcin de la energa cintica. Cuanto mayor la incidencia de la radiacin incidente, mayor energa cintica de los electrones eyectados.

Al aumentar o disminuir la intensidad, no sufri cambios significativos

4.3 Actividad 3Al aumentar la intensidad de la seal electromagntica, aumenta el nmero de electrones emitidos y viceversa. La intensidad de la seal electromagntica tiene que ver a partir del umbral de longitud de onda. Ejemplo con frecuencia constante.

Sodio: 15% de intensidad inicial

Sodio: Se aumente a 50% de intensidad. Aumentan electrones

Sodio: Se aumenta a 95% de intensidad. Aumentan electrones

4.4 Actividad 4El voltaje mnimo para el cual no se reciben electrones entre las placas del experimento, es diferente para cada material. Los datos siguientes se obtuvieron de manera experimental con el simulador.

SODIO: para este es un metal, colocamos la intensidad en nivel intermedio 52%, y disminuimos la longitud de onda al color verde, a 525 (nm), a partir de este punto, nos indica que hay alguna corriente elctrica.

ZINC: para este metal, en la zona de ultra violeta (283 nm), es que comenzamos a notar alguna corriente elctrica. En la zona ultravioleta es que existe efecto fotoelctrico.

COBRE: para este metal, en la zona de ultra violeta (259 nm), es que comenzamos a notar alguna corriente elctrica. En la zona ultravioleta es que existe efecto fotoelctrico para el cobre.

PLATINO: para este metal, en la zona de ultra violeta (193 nm), es que comenzamos a notar alguna corriente elctrica. En la zona ultravioleta es que existe efecto fotoelctrico para el platino.

CALCIO: para este metal, en la zona de violeta (418 nm), es que comenzamos a notar alguna corriente elctrica. En la zona violeta es que existe efecto fotoelctrico para el calcio.Material desconocido: 328 nm. Si dispongo de una tabla, con este dato puedo darme cuenta de que material o elemento se trata.

4.5 Actividad 5 Al disparar con un arma de repeticin sobre un muro de concreto, las balas que viajan con menos energa rebotan en su totalidad, las balas que tengan un poco mas de energa pueden quedar incrustadas en el muro, y a mayor energa del proyectil, este puede perforar y atravesar el muro. La cantidad de balas que rebotan depende directamente de la frecuencia con que sean disparadas. Cuanto ms velocidad y peso lleve el proyectil, ms energa ser capaz de transportar y ceder. Este fenmeno lo analizamos desde el punto de vista de la fsica clsica. Para el efecto fotoelctrico, es diferente, ya que estamos tratando con velocidades cercanas a la velocidad de la luz y con partculas elementales. La incidencia de luz en el ctodo, provoca una inyeccin de electrones. Al disminuir la longitud de onda, aumentamos la frecuencia. Para cada metal, existe una frecuencia mnima, a partir del cual es posible la inyeccin de electrones. Esa frecuencia mnima tiene que ver con la energa necesaria para liberar cada uno de los electrones de un metal. La intensidad de la radiacin, no afecta. Cuando luz incide sobre un ctodo de material fotosensible, este emite electrones con una energa cintica que depende de la longitud de onda de la luz incidente y del tipo de material del ctodo.

5. CONCLUSIONES

Despus de realizar los ejercicios, se puede observar que el efecto fotoelctrico depende de la frecuencia de la seal emitida por el foco de luz en la placa, alincidir esta luz sobre el ctodo se detecta el paso de una corriente elctrica, es decir electrones que abandonan el ctodo y se dirigen al nodo, los electrodos sehallan conectados a una diferencia de potencial de solo unos pocos voltios.La radiacin ms intensa arranca mayor nmero de electrones. Esta observacin tambin resultaba inexplicable.Cuando un fotn incide sobre el metal, transfiere toda su energa a alguno de los electrones. Si esta energa es suficiente para romper la ligadura del electrn con el metal, entonces el electrn se desprende.Si la frecuencia de la radiacin es baja (como en la luz visible), los fotones no acarrean la suficiente energa como para arrancar electrones, aunque se aumente la intensidad de la luz o el tiempo durante el cual incide

6. BIBLIOGRAFA

(En formato APA. Puede utilizar la Administracin de Fuentes Bibliogrficas que trae incorporado Word, en Referencias)

Utilice el siguiente enlace para crear las referencias:http://www.cva.itesm.mx/biblioteca/pagina_con_formato_version_oct/apa.htm

18