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Universidad Nacional de TrujilloFACULTAD DE CIENCIAS AGROPECUARIASESCUELA ACADMICO PROFESIONAL DE INGENIERA AGROINDUSTRIAL

CURSO:QUMICA GENERAL

TRABAJO:EL EFECTO FOTOELCTRICO Y SUS APLICACIONES

CICLO : I

ALUMNOS: ARANA FU, Luis ngel CORTIJO MENDOZA, Paul Ericson HARO SNCHEZ, Ronald Masiel

FECHA DE ENTREGA: 07 de Mayo del 2012

DOCENTE:Ms. Ing. Patricia Carranza VilchezTRUJILLO-PER2012

PRESENTACIN:

El presente trabajo titulado EL EFECTO FOTOELCTRICO corresponde al primer ciclo de la Escuela de Ingeniera Agroindustrial de la Institucin de Estudios Superiores "Universidad Nacional de Trujillo", el mismo que est enmarcado dentro del curso de Qumica General.

Se debe mencionar que el presente trabajo tiene relacin con la temtica del curso, puesto que conlleva a comprender los fenmenos que ocurren en la naturaleza, y aprovechar la tecnologa en la utilizacin eficiente del efecto fotoelctrico tanto a nivel domstico como industrial, en beneficio de la humanidad.

I. INTRODUCCIN:Para llegar al presente conocimiento de lo que es el efecto fotoelctrico, se pas por un largo periodo de estudios e investigaciones, en el que aportaron muchos cientficos de la poca, hasta que el fsico alemn Max Planck plante la Teora Cuntica. Basndose en dicha teora, el fsico Albert Einstein explic el efecto fotoelctrico (ganando el Premio Nobel de Fsica en 1921), cuyo legado es usado actualmente en muchos fines, desde las actividades cotidianas hasta procesos industriales complejos.El efecto fotoelctrico consiste en que al incidir una radiacin electromagntica sobre una placa metlica se liberan electrones. Utilizando diversos dispositivos o instrumentos que captan los electrones, se logra obtener corriente elctrica, para luego ser usada en variados equipos y/o aparatos elctricos o de otra ndole.En los ltimos aos se ha puesto en relevancia este tema amplindose su campo de estudio y profundizando los conocimientos, es as que se han descubierto una gran variedad de beneficios, conllevando a la mejora en la calidad de vida de los seres humanos.

II. CONCEPTO:

Es un fenmeno que consiste en la expulsin de los electrones desde la superficie de ciertos metales cuando son expuestos a radiaciones electromagnticas (luz visible o ultravioleta) con una determinada frecuencia mnima.

Este fenmeno fue descubierto accidentalmente por Hertz en 1887, cuando obtuvo las ondas electromagnticas de radio al tratar de comprobar experimentalmente la prediccin de Maxwell, que sostena la existencia de una relacin matemtica entre los campos elctricos y magnticos. Sin embargo no logr explicar lo que posteriormente sera conocido como el efecto fotoelctrico.Para poder explicarlo, primero se tiene que conocer el concepto de la luz. Por muchos aos la comunidad cientfica estuvo divida en dos grandes posiciones: una apoyando a la Teora Ondulatoria, y la otra apoyando a la Teora Corpuscular. Los experimentos realizados por los cientficos de esa poca demostraron que ambas teoras eran correctas, llegando a la conclusin que la luz es el lmite entre lo material y lo inmaterial. Esta definicin es la base de la Teora Cuntica, la que es importante para la comprensin del efecto fotoelctrico.Teora Cuntica de Max Planck:Dio origen a la Fsica Moderna o Cuntica y sirve para explicar los fenmenos atmicos.Esta teora nos dice que: La energa no puede ser absorbida ni emitida en forma contina sino que se hace en forma discontinua, es decir en pequeos paquetes que son mltiplos de una unidad fundamental llamada Cuanto o Cuantum de radiacin.Este postulado lo sintetiz en la siguiente ecuacin.

Donde: E: Energa de la luzh: constante de Planck = 6,63x10-34J.sv: frecuencia de la luzLa unidad fundamental de la que habl (h) se conoce hoy en da como la constante de Planck.Ecuacin de Einstein:El cientfico Albert Einstein se fundament en dicha teora para resolver el misterio del EFECTO FOTOELCTRICO.Tomando como punto de partida la ecuacin de Max Planck, Einstein dedujo que las partculas de luz poseen energa.Los electrones que se mantienen unidos en el metal por las fuerzas de atraccin logran ser emitidoscuando la luz tiene la frecuencia suficiente. Si esta es igual a la energa de unin de los electrones del metal, entonces solo son expulsados; y si es mayor, adquieren energa cintica. Todo lo dicho se puede expresar con la ecuacin: Donde: KE: energa cintica del electrn emitidoBE: energa de atraccin del electrnDebe apuntarse que BE es la energa mnima necesaria para extraer un electrn del tomo. Esta energa es conocida como frecuencia umbral.La caracterstica de que por debajo de la frecuencia umbral no se emitan electrones y a partir de la misma si se emitan es una comprobacin experimental de la cuantizacin de la energa en el efecto fotoelctrico.

III. CLASIFICACIN:Los fenmenos fotoelctricos pueden clasificarse en tres grupos:

1. Por Liberacin de electrones bajo la influencia de la luzLas reacciones de este grupo corresponden a la fotosensibilidad. Su ejemplo ms comn se encuentra en las clulas fotoelctricas usuales.

2. Por Generacin de FEM (FUERZA ELECTROMOTRIZ) por las reacciones qumicas o fsicas producidas por la luzEstas reacciones reciben la denominacin de efecto fotovoltaico. Las clulas Photronic y Photox corresponden a este tipo.

3. Por Modificacin de la conductividad elctrica al variar la intensidad luminosaLos fenmenos de este grupo pertenecen a la fotoconductividad; un ejemplo de este efecto es observado en la variacin de la conductividad del Selenio bajo la accin de la luz.

IV. APLICACIN:El efecto fotoelctrico es utilizado actualmente en las clulas fotoelctricas.Clula Fotoelctrica o Fotovoltaica: es un dispositivo electrnico que permite transformar la energa luminosa (fotones) en energa elctrica (flujo de electrones libres).Las posibles aplicaciones industriales de las clulas fotoelctricas son muy numerosas y variables. Los ejemplos que damos a continuacin son solo unos pocos y seleccionados un tanto al azar: EN SENSORES FOTOELCTRICOSSe usan en mecanismos automticos, como por ejemplo: los ascensores, puertas automticas, etc.Son dispositivos electrnicos que responden alcambio en la intensidad de la luz. Cuando la luz incide en ellos, expulsan electrones generando una corriente elctrica por medio de un transductor; de esta forma se mantiene cerrado el mecanismo. Si un cuerpo obstruye la luz, la intensidad de luz disminuye, emitiendo menor cantidad de electrones, producindose una dbil corriente elctrica, la que puede ser detectada por todo el sistema (equipo sensorial automatizado), abriendo el mecanismo.

Sus aplicaciones se dan en distintos sistemas elctricos. Entre ellos tenemos:

Alarmas contra intrusos o ladrones.Un sistema de alarma contra ladrones, es el que se pone en accin al interceptar un haz luminoso que atraviesa la ventana, puerta o abertura que se trata de proteger; activndose cuando se produce un flujo de corriente en la compuerta producto de manipular los interruptores. Ningn ladrn moderno caera en una trampa tan elemental, pero no es necesario que la luz empleada sea visible. Se puede usar una clula sensible a los rayos infrarrojos, con una lmpara de filamento de tungsteno como fuente luminosa y un filtro que absorba la luz visible; delante del detector se sita un filtro anlogo. Se usa una fotoclula con ctodo de cesio-oxgeno- plata que resulte adecuada para este proceso. Las alarmas de este tipo pueden pasar bastantes desapercibidas.

Detector Fotoelctrico de HumoEl humo generado en un incendio bloquea u oscurece el medio en el que se propaga un haz de luz. Tambin puede dispersar la luz cuando sta se refleja y refracta en las partculas humo. Los detectores fotoelctricos estn diseados para utilizar estos efectos a fin de detectar la presencia de humo.Estos dispositivos son utilizados en los Sensores o Detectores de Incendios: donde se prev el inicio del incendio con gran cantidad de humo, como cuando arden las materias orgnicas.Estos sensores detectan con rapidez, posibilitando actuar de inmediato con equipos manuales de extincin y dominando las llamas antes de que puedan propagarse.Funciona por efecto Tyndall, se basa en la dispersin de la luz.Tambin se emplea en fuegos originados por electricidad.Los detectores de humo son de dos clases:a) Detector fotoelctrico de humo por dispersin de luzLa mayora de los detectores fotoelctricos de humo tienen cobertura localizada (puntual) y funcionan con el principio de dispersin de luz. El haz de un diodo emisor de luz (LED) incide en un rea adonde no puede ser captado bajo condiciones normales por un fotosensor, que generalmente es un fotodiodo (vase Figura 1). Cuando hay presencia de humo en la trayectoria del haz, la luz incide sobre las partculas de humo (Figura 2) y se refleja sobre el fotosensor, que al recibir la luz genera una seal.

Figura 1Figura 2

b) Detector fotoelctrico de humo por oscurecimiento Este tipo de detector tambin utiliza un emisor de luz y un elemento fotosensor, tal como sera un fotodiodo (vase Figura 3). Cuando las partculas de humo bloquean parcialmente la trayectoria del haz de luz (Figura 4), se reduce la intensidad de luz recibida por el fotosensor. Esta variacin es captada por un circuito electrnico que, al llegar al valor precalibrado genera una seal de iniciacin de alarma. Generalmente, los detectores por oscurecimiento utilizan un haz de luz que barre el rea a proteger.

Figura 3Figura 4Reproduccin del sonido en la cinematografa.Las operaciones que se realizan para obtener el sonido en un cinematgrafo (cine hablado) son las siguientes:1 Obtencin de las fotografas del sonido (impresin de la pelcula): las vibraciones de las ondas del sonido emitido por el artista o cantante entran al micrfono, produciendo en su circuito, corriente elctrica de magnitud variable y dependiente de la fuerza con la que llega el sonido. Esta corriente es amplificada al pasar por el trodo anexado al micrfono y posteriormente es dirigida hacia una fuente luminosa, emitiendo una luz de ms o menos intensidad segn sea mayor o menor la intensidad de la corriente. La luz impresiona el margen de una cinta cinematogrfica que en su parte central, es impresionada por las escenas correspondientes.2 Reproduccin del sonido original: esto se verifica haciendo pasar un haz de rayos luminosos a travs de las fotografas de los sonidos; los rayos que emergen son de igual intensidad luminosa que las que grabaron las fotografas. Esta luz incide sobre una clula fotoelctrica ubicada en la parte posterior, produciendo en el circuito corrientes de intensidad variable, las que son ampliadas por un trodo, para finalmente reproducir el sonido original por medio de un altavoz.

EN LOS FOTO MULTIPLICADORES:Se aplican en los procesos industriales complejos, tales como: fabricacin de cemento, generacin de energa, etc.Para ello utiliza a los Foto multiplicadores (detector ptico de vaco).Cuando una baja intensidad luminosaincide sobre el fotoctodo, se emiten pocos electrones, los que chocan sucesivamente con una serie de dnodos colocados intercaladamente aprovechando el efecto de emisin secundaria de electrones, multiplicando la cantidad de electrones emitidos.A continuacin, los electrones son recolectados por el nodo en un tubo de vaco, obtenindose una seal de salida.

EN CELDAS FOTOVOLTAICAS:Su importancia radica en que permiten el uso de bateras solares para el funcionamiento de: calculadoras, relojes, robots (como el Spirit), etc.Son dispositivos hechos por el conjunto de clulas fotovoltaicas, diseados para proveer una corriente elctrica a escala hogar. Pueden ser utilizados como alternativas al uso de los combustibles fsiles para obtencin de energa.En la actualidad, las celdas fotovoltaicas son usadas para captar energa solar y convertirla en energa elctrica. Estn hechas de materiales semiconductores, tales como el silicio. Tienen una delgada rejilla semiconductora, cuya finalidad es formar un campo elctrico: positivo en un lado y negativo en el otro. Al llegar la energa luminosa sobre la rejilla, los electrones son sacados de los tomos del material que ha sido golpeado. Se le agregan conductores elctricos a ambos lados (positivo y negativo) de la rejilla, provocando un circuito elctrico y capturando a los electrones en forma de corriente elctrica.La electricidad resultante suministra potencia a una carga para encender una luz, energizar una herramienta, etc.

Se pueden utilizar para las siguientes funciones: Sistemas de IluminacinA menudo se requiere iluminacin en lugares remotos donde el costo de emplear energa de la red es demasiado alto. Tales aplicaciones incluyen la iluminacin de seguridad, ayudas a la navegacin (ej. boyas y faros), seales iluminadas en los caminos, seales en cruces ferroviarios y la iluminacin de aldeas. Las clulas fotoelctricas pueden satisfacer tales usos, aunque siempre se requerir de una batera de almacenaje. Estos sistemas generalmente consisten de un panel fotovoltaico ms una batera de almacenaje, un acondicionador de energa y una lmpara fluorescente de baja tensin y alta eficiencia. Estos sistemas son muy populares en reas remotas, especialmente en pases en vas de desarrollo y es uno de los usos principales de clulas fotoelctricas.

Telecomunicaciones y sistemas de monitoreo remotos: El alto costo de la energa elctrica y del mantenimiento de los sistemas convencionales ha limitado su uso. Los sistemas fotovoltaicos han proporcionado una solucin rentable a este problema con el desarrollo de estaciones repetidoras de telecomunicaciones en rea remotas. Estas estaciones tpicamente consisten de un receptor, un transmisor y un sistema basado en una fuente de alimentacin fotovoltaica. Existen miles de estos sistemas instalados alrededor del mundo y tienen una excelente reputacin por su confiabilidad y costos relativamente bajos de operacin y mantenimiento.Principios similares se aplican a radios y televisiones accionadas por energa solar, los telfonos de emergencia y los sistemas de monitoreo. Los sistemas de monitoreo remotos se pueden utilizar para recolectar datos del tiempo u otra informacin sobre el medio ambiente y transmitirla automticamente va radio a una central.

Electrificacin RuralLas bateras de almacenaje se utilizan en reas aisladas para proporcionar corriente elctrica de la baja tensin para iluminacin y comunicaciones as como tambin para vehculos. Un sistema fotovoltaico de carga de bateras consiste en generalmente un pequeo conjunto de paneles solares ms un regulador de carga. Estos sistemas se utilizan extensamente en proyectos rurales de electrificacin en pases en vas de desarrollo.

APLICACIONES EN LA AGROINDUSTRIA:

Sistemas De Tratamiento De aguas

En reas alejadas la energa elctrica se utiliza a menudo para desinfectar o purificar agua para consumo humano y riego de los cultivos. Las clulas fotovoltaicas se utilizan para alimentar una luz fuerte ultravioleta utilizada para matar bacterias en agua. Esto se puede combinar con un sistema de bombeo agua accionado con energa solar.La desalinizacin del agua salobre se puede alcanzar mediante sistemas fotovoltaicos de smosis inversa.

Bombas de agua accionadas por energa solarExisten ms de 10.000 bombas de agua accionadas por energa solar en el mundo. Son utilizadas extensamente en granjas para proveer el agua al ganado. En pases en vas de desarrollo se las utiliza extensivamente para bombear agua de pozos y de ros a las aldeas para consumo domstico y la irrigacin de cultivos. Un tpico sistema de bombeo accionado por energa fotovoltaica consiste en un conjunto de paneles fotovoltaicos que accionan un motor elctrico, el que impulsa la bomba. El agua se bombea de la tierra o afluente a un tanque de almacenaje que proporciona una alimentacin por gravedad. No es necesario un almacenaje de energa en estos sistemas. Los sistemas de bombeo accionados por energa solar se encuentran disponibles en proveedores de equipo agrcola y son una alternativa rentable a los molinos de viento agrcolas para el abastecimiento de agua en reas alejadas.

Cercas ElctricasLas cercas elctricas se utilizan extensamente en agricultura para evitar que el ganado o los depredadores entren o dejen un campo cerrado. Estas cercas tienen generalmente uno o dos alambres "vivos" que se mantienen con cerca de 500 voltios de Corriente Continua. stos dan una dolorosa descarga, pero inofensiva a cualquier animal que los toque. Esta descarga generalmente es suficiente para evitar que el ganado derribe los cercos. Estas cercas tambin se utilizan en recintos de la fauna y reas protegidas. Requieren de un alto voltaje pero muy poca corriente y a menudo estn situadas en reas alejadas donde el costo de energa elctrica es alto. Estas necesidades se pueden resolver mediante un sistema fotovoltaico compuesto de clulas solares, un acondicionador de energa y una batera.

OTRAS APLICACIONES: En la medida de la opacidad y de la turbidezEn muchos casos la concentracin de pequeas partculas (soluto) disueltas en un lquido (disolucin) se puede determinar rpidamente midiendo la cantidad de luz que absorben las clulas fotoelctricas presentes en la disolucin. Control fotoelctrico de relsCon ayuda de una vlvula se puede hacer que una clula fotoelctrica controle un rel. Este rel podr accionar un timbre, disparar un contador, o poner en marcha o detener un motor elctrico.*Rel: Es un dispositivo electromecnico, que funciona como un interruptor controlado por un circuito elctrico en el que, por medio de una bobina y un electroimn, se acciona un juego de uno o varios contactos que permiten abrir o cerrar otros circuitos elctricos independientes. Fue inventado por Joseph Henry en 1835.

Nota: Cabe resaltar que se pueden emplear tanto clulas fotoelctricas como otros dispositivos electrnicos. Esto depende principalmente de razones de tipo econmico; teniendo en cuenta el costo inicial y el grado de seguridad del dispositivo del que se trata.

V. IMPORTANCIAEl efecto fotoelctrico permite: Crear mquinas que puedan trabajar sin la intervencin del hombre. La regulacin de tner en las fotocopiadoras. Elaborar alcoholmetros digitales. La reproduccin de sonidos en el cine moderno (evolucionando el cine mudo al cine hablado). Producir corriente elctrica usada a nivel domstico e industrial a bajo costo. El alumbrado pblico en las diferentes calles, avenidas, jirones, plazas, etc; de las metrpolis. Recargar las bateras de los equipos solares: calculadoras, relojes, robots, etc. El funcionamiento de mecanismos automticos: ascensores, puertas automticas, etc.

VI. BIBLIOGRAFA CHANG, R., "QUIMICA", stima Edicin, Edit. McGraw Hill, Mxico, 2003. http://redalyc.uaemex.mx/pdf/104/10413309.pdfM.A. RORDIGUEZ MEZA/ JORGE L. CERVANTES COTA, EL EFECTO FOTOELCTRICO, Mxico 2006. http://electromagnetismo2010a.wikispaces.com/file/view/Efecto+Fotoelectrico+y+sus+Aplicaciones.pdfSEGURA MONDOY DAVID. EL EFECTO FOTOELCTRICO Y SUS APLICACIONES, Bogot Colombia 2010. http://www.youtube.com/watch?v=_1igN6pyujM&feature=relmfuCIENCIAPARANES, Espaa, 2009. FSICA LA ENCICLOPEDIA, primera Edicin, Edic. Rubios, Per, 2010. HURTADO M., SNCHEZ D., ORTZ J., QUMICA GENERAL, quinta Edicin, Per. http://eadelectronics.com/sites/System_Sensor/docs/guides/A05-1046.pdf SAAVEDRA IGOR, FSICA DE PARTCULAS, SEGUNDA EDICIN, ENERO DEL 2000. BURBANO DE ERCILLA, BURBANO GARCIA, GRACIA MUNOZ; FSICA GENERAL; 32 Edicin; Edit. Tbar; Madrid - Espaa; 2003. http://www.textoscientificos.com/energia/aplicaceldas MILLMAN Jacob, SEELY Samuel; ELECTRONICA, Primera Edicin, Edit. Labor, Barcelona Espaa, 1968.