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Efecto fotoeléctrico

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El efecto fotoeléctrico es un fenómeno físico fundamental que no sólo tiene una variedad de aplicaciones prácticas de la actual, pero también ha inspirado un nuevo campo de la ciencia.

Un metal contiene muchos electrones móviles. Estos electrones pueden ser excitados cuando con energía. Y, si la energía es suficientemente alta, los electrones pueden ser excitados por el metal.

Cuando tal una excitación con luz, los electrones expulsados se denominan fotoelectrones, dando este efecto su nombre - el efecto fotoeléctrico.

Aquí, demostramos el efecto fotoeléctrico utilizando una placa de metal de zinc cargada que se somete a luz ultravioleta y la luz de la lámpara regular.

Antes de aprender cómo llevar a cabo el experimento y recoger los datos, vamos a discutir los parámetros y principios que rigen este efecto. Se ha observado que para el efecto fotoeléctrico a pasar, la frecuencia 'f' de la luz tiene que superar cierto umbral mínimo 'f0' (leer-f-zero).

Para entender por qué esto es importante, vamos a acercar y echa un vistazo a este proceso a nivel microscópico. Cuando la luz se brilla en un metal, los fotones de luz son absorbidos por los electrones en el metal. Ahora, a fin de estos electrones que liberación del metal, tienen que realizar algún trabajo.

Así, la energía del fotón absorbido que e debe ser superior a este trabajo función W del metal, donde la función de trabajo representa la energía mínima o umbral energía, necesaria para liberar un electrón de un metal específico.

Ahora puesto que la energía del fotón es directamente proporcional a la frecuencia de la luz, la energía umbral corresponde a la frecuencia umbral f0.

La relación entre energía y frecuencia está dada por esta ecuación, donde 'h' es la constante de Plank. La misma ecuación puede utilizarse también para calcular la frecuencia umbral.

Por ejemplo, la función de trabajo de zinc es 4,3 electrón-volts. Esto significa que la frecuencia umbral de efecto fotoeléctrico en zinc será 10 ^ 15 Hertz, corresponde a una Λ0 de longitud de onda umbral de 300 nanómetros. Una longitud de onda corta corresponde a la luz UV

Habiendo examinado los principios del efecto fotoeléctrico, ahora vamos a través del protocolo paso a paso para demostrar este efecto a través de un simple experimento.

Obtener todos los instrumentos necesarios y materiales para el experimento, a saber, un electroscopio, una placa metálica de zinc, un pedazo de papel de lija, una fuente de UV que tiene un componente de la longitud de onda por debajo de 300nm, una lámpara regular proporcionando luz visible, una barra de acrílico, un pedazo de piel y un par de anteojos protectores de UV.

En primer lugar, utilizando el papel de lija, pulir la superficie de la placa metálica zinc. Esto elimina el óxido de zinc en la superficie del metal y facilita la transferencia de electrones. Coloque la placa de zinc sobre la placa metálica del electroscopio de la. Asegúrese que la placa de cinc en contacto con el electroscopio.

A continuación, frote la varilla con el pedazo de piel de cinco a seis veces, para hacer la varilla cargada negativamente. Llevar la barra cerca de la placa de zinc asegurándose de no poner en contacto entre sí.

Con la otra mano, toque la placa de zinc brevemente, para cargar positivamente la placa de cinc a través de la inducción. La aguja del electroscopio debe moverse para indicar que la placa metálica y todas las partes en el electroscopio conectado a él, se cargan.

A continuación, encender la lámpara visible y llevarlo cerca del electroscopio y brillar su luz en la placa de zinc. Observar la respuesta del electroscopio.

Ahora, apague la lámpara regular y poner en las gafas de protección UV. Retire la placa de vidrio y encender la lámpara para obtener una fuente de luz UV y acercar al electroscopio. Brillar la luz UV en el metal de zinc. Observar la respuesta del electroscopio. Luego apague la UV luz.

Ahora, frote la barra otra vez con la piel de cinco a seis veces, para hacer la varilla cargada negativamente. Poner la varilla en contacto directo con la placa de zinc.

Esto resultará en una desviación de la aguja del electroscopio debido a la transferencia de algunas cargas negativas en la placa de zinc. Dejar a un lado la varilla y asegurar para no tocar la placa metálica de cinc con la mano o cualquier otro objeto.

A continuación, encender la lámpara visible y llevarlo cerca del electroscopio y brillar su luz en la placa de zinc. Observar la respuesta del electroscopio.

Colóquese las gafas de protección UV. Retire la placa de vidrio y encender la UV luz y acercar al electroscopio. Brillar la luz UV en el metal de zinc. Observar la respuesta del electroscopio. Luego apague la UV luz.

Permítanos ahora revisará e interpretará los resultados de estos experimentos.

En la primera mitad del experimento donde la varilla cargada y la placa de zinc no están en contacto directo uno con el otro, la aguja permanece desviada para ambos la lámpara regular y para iluminación de luz UV, que indica que la placa de zinc permanece cargada.

Esto ocurre porque la placa de zinc, que ya ha perdido algunos electrones se cargan positivamente, más pierde algunos fotoelectrones cuando la luz UV está en él. Esto sólo hace que la placa de zinc ligeramente más positivamente cargada, desviando la aguja del electroscopio un poco más.

Por el contrario, cuando la barra cargada y la placa de zinc se realicen en contacto entre sí, observamos que utilizando la luz regular no tiene efecto en el electroscopio. Sin embargo, el uso de la lámpara Ultravioleta resulta en la aguja del electroscopio se colapse y volver a la posición sin cargar con ninguna desviación

Esto ocurre porque sólo fotones luz UV tienen suficiente energía que está por encima de la función de trabajo de zinc, para extraer fotoelectrones. Esto descarga la placa de cinc que previamente fue cargada negativamente.

Como en el caso anterior, la luz visible no tiene suficiente energía para excitar fotoelectrones, debido a que la placa de zinc no descarga.

Photoelectronics ha sido estudiado desde hace muchas décadas y ha llevado al desarrollo de nuevos campos de estudio y múltiples aplicaciones.

El efecto fotoeléctrico se ha utilizado para hacer diversos dispositivos optoelectrónicos que han variado usos prácticos. Un ejemplo de un dispositivo optoelectrónico es el interruptor fotosensible.

Aquí, el bloqueo o desbloqueo de un haz de luz brillante en un metal de apagarse o en una corriente eléctrica debido a la ausencia o presencia de fotoelectrones.

Dispositivos de visión nocturna o NVDs también utilice los principios del efecto fotoeléctrico para permitir imágenes que se producirán en los niveles de luz a oscuridad total. Brevemente, fotones golpeando una capa delgada de metal alcalino o el material semiconductor dentro del dispositivo de provocan la expulsión de fotoelectrones debido al efecto fotoeléctrico.

Estos electrones son acelerados por un campo electrostático y multiplicados a través de emisiones secundarias para intensificar la señal original. Luego se hacen los electrones multiplicados huelga una pantalla fósforo-revestida, conversión de los electrones en fotones, formando así una imagen.

Sólo ha visto la introducción de Zeus para el efecto fotoeléctrico. Deben ahora entender los conceptos básicos del efecto fotoeléctrico y también entender por qué metales cargados pueden descargarse solo usando luz de una frecuencia específica. Además, este video demuestra un experimento simple para visualizar el efecto fotoeléctrico usando una placa de zinc cargada metal expuesta a la luz visible y luz ultravioleta. ¡Gracias por ver!

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