Clases 6-7 Febrero 16 y 18 El efecto fotoeléctrico. - unam

El efecto fotoeléctrico consiste en la emisión de electrones (llamados fotoelectrones)
desde la superficie de un material cuando sobre ésta incide radiación electromagnética. El
estudio de las características de este fenómeno puede hacerse utilizando un dispositivo
experimental como el que se muestra esquemáticamente en la Fig. 5‐11. En un tubo
evacuado se coloca un fotocátodo y un ánodo conectados a una fuente de voltaje variable.
Además se incluye un dispositivo (interruptor) que permite invertir la polaridad del voltaje
aplicado. Al iluminar el fotocátodo con luz monocromática de frecuencia ν, se establece una
fotocorriente que varía con el voltaje aplicado en la forma mostrada en la Fig. 5‐12. Los
resultados experimentales obtenidos son los siguientes:
Vmax
i
ν = cte.
Figura 5‐15. Variación de i con I para ν =
cte.
i
I = cte.
i
ν3
‐V1 ‐V2 ‐V3
ν2
ν1
I3
I2
I1
I3
V
V
a) En términos generales, la
fotocorriente se establece aun si no hay voltaje
aplicado, lo cual significa que al menos algunos
de los fotoelectrones emitidos tienen una
energía cinética suficiente como para llegar al
ánodo. De hecho, para que la fotocorriente
cese, se tiene que aplicar un voltaje inverso
para frenar a los fotoelectrones más veloces. El
valor Vmax de este voltaje de frenado,
multiplicado por la carga del electrón, es una
medida de la energía cinética máxima que
pueden adquirir algunos de los fotoelectrones
emitidos por el fotocátodo (Fig. 5‐12).
b) Al aumentar la intensidad de la
radiación, manteniendo su frecuencia fija, la
fotocorriente aumenta pero el voltaje inverso
necesario para que la fotocorriente llegue a
cero es independiente de la intensidad; es
decir, la energía cinética máxima no cambia
con la intensidad de la radiación.
c) Manteniendo una intensidad
Figura 5‐16. Variación de i con V para constante, el voltaje de frenado, o potencial
I = cte.
Vmax
retardador, aumenta al aumentar la frecuencia
de la radiación incidente (Fig. 5‐13).
d) Existe una frecuencia umbral por
debajo de la cual no se produce la emisión de
K
fotoelectrones, sin importar cual sea la
Cs
W
Figura 5‐17. Variación de Vmax con ν.
ν
intensidad de la radiación incidente.
e) Cuando la frecuencia de la radiación
es mayor o igual que la umbral, la emisión de
los fotoelectrones es esencialmente
instantánea, sin importar que tan débil sea su
intensidad. La energía cinética máxima de los
fotoelectrones, medida por el voltaje de
frenado (Tmax = ‐eVmax), es una función sólo de
la frecuencia de la radiación y no de su
intensidad.
f) En cada metal, la energía cinética máxima varía linealmente con la frecuencia de la
radiación; es decir,