Embed Size (px)
Citation preview
Fase 4 final
CURSO: ESTRUCTURA MOLECULAR
Genderson Mauricio Orozco Rendón Código: 1121902083
Unad Diciembre 2016
EFECTO FOTOELECTRICO Y EFECTO COMPTON
EFECTO FOTOELÉCTRICO
El efecto fotoeléctrico fue descubierto y descrito por Heinrich Hertz en 1887, al
observar que el arco que salta entre dos electrodos conectados a alta tensión
alcanza distancias mayores cuando se ilumina con luz ultravioleta que cuando se
deja en la oscuridad.
La explicación teórica solo fue hecha por Albert Einstein, quien publicó en 1905 el revolucionario artículo “Heurística de la
generación y conversión de la luz”, basando su formulación de la fotoelectricidad en una extensión del trabajo sobre los cuantos de
Max Planck.
Heinrich Hertz
Albert Einstein
EFECTO FOTOELÉCTRICO
DEFINICIÓN La emisión de electrones por metales iluminados con luz de determinada frecuencia fue observada a finales del siglo XIX por Hertz y Hallwachs. El proceso por el cual se liberan electrones de un material por la acción de la radiación se denomina efecto fotoeléctrico o emisión fotoeléctrica. Sus características esenciales son:
Para cada sustancia hay una frecuencia mínima o umbral de la radiación electromagnética por debajo de la cual no se producen fotoelectrones por más intensa que sea la radiación.
La emisión electrónica aumenta cuando se incrementa la intensidad de la radiación que incide sobre la superficie del metal, ya que hay más energía disponible para liberar electrones.
En los metales hay electrones que se mueven más o menos libremente a través de la red cristalina, estos electrones no
escapan del metal a temperaturas normales por que no tienen energía suficiente. Calentando el metal es una
manera de aumentar su energía. Los electrones "evaporados" se denominan termoelectrones, este es el tipo
de emisión que hay en las válvulas electrónicas. Vamos a ver que también se pueden liberar electrones
(fotoelectrones) mediante la absorción por el metal de la energía de radiación electromagnética.
Toda la energía de un fotón debe ser absorbida y utilizada para liberar un electrón de un enlace atómico, o si no la energía es re-emitida. Si la energía del fotón es absorbida, una parte libera al electrón del átomo y el resto contribuye a la energía cinética del electrón como una partícula libre.
Einstein no se proponía estudiar las causas del efecto en el que los electrones de ciertos metales, debido a una radiación luminosa, podían abandonar el metal con energía cinética. Intentaba explicar el comportamiento de la radiación, que obedecía a la intensidad de la radiación incidente, al conocerse la cantidad de electrones que abandonaba el metal, y a la frecuencia de la misma, que era proporcional a la energía que impulsaba a dichas partículas.
.
Constante de Planck
KEhf Frecuencia de corte o frecuencia mínima de los fotones
Función trabajo
Máxima energía cinética de los electrones que se observa experimentalmente.
Formula
El efecto fotoeléctrico es la base de la producción de
energía eléctrica por radiación solar y del
aprovechamiento energético de la energía solar. El
efecto fotoeléctrico se utiliza también
para la fabricación de células utilizadas en
los detectores de llama de las calderas
de las grandes centrales
termoeléctricas. Este efecto es también el
principio de funcionamiento de los
sensores utilizados en las cámaras
digitales. También se utiliza en diodos
fotosensibles tales como los que se
utilizan en las células fotovoltaicas y en electroscopios o
electrómetros. carga en su diseño.
El efecto Compton consiste en el aumento de la longitud de onda de un fotón de rayos x cuando choca con un electrón libre y pierde parte de su energía. La frecuencia o la longitud de onda de la radiación dispersada
dependen únicamente de la dirección de dispersión.Cuando se analiza la radiación electromagnética que ha pasado por una
región en la que hay electrones libres, se observa que además de la radiación incidente, hay otra de frecuencia menor. La frecuencia o la
longitud de onda de la radiación dispersada depende de la dirección de la dispersión.
EFECTO COMPTON
DESCRIPCIÓN El efecto Compton es un fenómeno por el cual la radiación
electromagnética que incide sobre ciertas superficies sale con una longitud de onda mayor que la de entrada.
Este fenómeno, observado en 1923 por el físico estadounidense Arthur Holly Compton (1892-1962) en el curso de investigaciones realizadas sobre la difusión de los rayos X, sólo puede explicarse a
partir de los principios de la mecánica cuántica.
Así, si se considera que la radiación electromagnética está constituida por cuantos de energía llamados fotones, en su
interacción con la materia puede absorberse parte de estos fotones.
En tal caso, la energía global de la radiación disminuiría, y también su frecuencia, con lo que aumentaría la longitud de onda.
Arthur Holly Compton
También puede ocurrir un Efecto Compton inverso; es decir, que los fotones disminuyan su longitud de onda al chocar con
electrones. Pero para que esto suceda es necesario que los electrones viajen a velocidades cercanas a la velocidad de la
luz y que los fotones tengan altas energías.
La principal diferencia entre los dos fenómenos es que durante el Efecto Compton "convencional", los fotones entregan energía
a los electrones, y durante el inverso sucede lo contrario.
Este efecto puede ser una de las explicaciones de la emisión de rayos X en supernovas, quasars y otros objetos astrofísicos de
alta energía.
EFECTO COMPTON INVERSOTambién puede ocurrir un Efecto Compton inverso. Es decir que fotones disminuyan su longitud de onda al chocar con electrones. Pero para que esto suceda, es necesario que los electrones viajen a velocidades cercanas a la velocidad de la luz, y que los fotones tengan altas energías.La principal diferencia entre los dos fenómenos, es que durante el Efecto Compton "convencional", los fotones entregan energía a los electrones, y durante el inverso sucede lo contrario.Este efecto puede ser una de las explicaciones de la emisión de rayos X en supernovas, quasars y otros objetos astrofísicos de alta energía.
En la experiencia real, el detector es un cristal de INa, la fuente de rayos gamma está producida por el isótopo Cs-137, que tiene un pico muy agudo centrado en 661.6 keV, o en la longitud de onda 1.878 10-12 m, (0.01878 A). Los electrones libres los proporciona un trozo de metal que puede ser una varilla de hierro.
Midiendo la diferencia de longitudes de onda entre la radiación dispersada y la radiación incidente se pide calcular la constante C. A partir del valor de esta constante, y conocida los valores de las constantes fundamentales, velocidad de la luz c=3·108 m/s y la masa del electrón me=9.1·10-31 kg, se pide calcular el valor de
la constante h de Planck, comprobando que está cerca del valor 6.63·10-34 Js.
EJEMPLO 1: EFECTO COMPTON
La longitud de onda de la radiación dispersada para el ángulo 60º es l'=0.03091 A. Calcular la constante lC y a continuación, la constante h de Planck.
0.03091-0.01878=lC(1-cos60)lC=0.02426 A=2.426·10-12 m
EJEMPLO 2 : EFECTO FOTOELÉCTRICO
Aplicando una diferencia de potencial V entre las placas A y C se frena el movimiento de los fotoelectrones emitidos. Para un voltaje V0 determinado, el
amperímetro no marca el paso de corriente, lo que significa que ni aún los electrones más rápidos llegan a la placa C. En ese momento, la energía
potencial de los electrones se hace igual a la energía cinética.
Variando la frecuencia f, (o la longitud de onda de la radiación que ilumina la placa) obtenemos un conjunto de valores del potencial de detención V0. Llevados a un gráfico obtenemos una serie de puntos (potencial de detención, frecuencia) que se aproximan a una línea recta.
La ordenada en el origen mide la energía de arranque en electrón-voltios f/e. Y la pendiente de la recta es h/e. Midiendo el ángulo de dicha pendiente y usando el valor de la carga del electrón e= 1.6 10-19 C, obtendremos el valor de la constante de Planck, h=6.63 10-34 Js.
BIBLIOGRAFIA
Miral, D. (2013).Estructura Atómica y sistema periódico. Recuperado de http://iesdmjac.educa.aragon.es/departamentos/fq/asignaturas/quimica2bac/materialdeaula/QUI2BAC%20Tema%207%20Estructura%20atomica%20y%20sistema%20periodico/1_cuantizacin_de_la_energa.html
El átomo y los modelos atómicos. quincena5. Recuperado de http://hdl.handle.net/10596/7706 Lincond. L (2013, Septiembre 2). (El modelo estándar. U.S Departam of energy. Recuperado de http://hdl.handle.net/10596/7598
Ciencia tecnología y ambiente. Mapa conceptual. 23 de abril 2012. Tomado de: http://tecnologoeduca.blogspot.com.co/2012/04/estructura-de-la-materia.html
