Semana 11 jueves

Equipo 6.2 Cuantización de la energía y efecto fotoeléctrico.
El efecto fotoeléctrico es un fenómeno
1


muy popular en física, especialmente
porque fue gracias al cual Einstein ganó
el premio Nobel de física en 1921 (y no
por la teoría de la relatividad, como muchos
piensan.) Se trata de una de las formas en
las que la luz interactúa con la materia; en
particular, cuando incide un haz sobre un
metal, algunos electrones son emitidos
con diferentes energías. El fenómeno ya
había sido observado en 1839 por
Becquerel, pero no fue hasta fines del siglo
XIX y los primeros años del XX que se
comenzó a estudiar en profundidad.


Un metal puede ser pensado como una
serie de núcleos que tienen electrones a su
alrededor. Los electrones que estén más
lejos del núcleo se podrán mover
prácticamente libremente; estos son los
electrones que transmiten la corriente
eléctrica, por ejemplo. Sin embargo a
estos electrones les falta un poco de
energía para poder salir del metal y esta
energía puede ser provista por un rayo
de luz. La peculiaridad de los experimentos
que se realizaron a fines de 1800 es que no
respondían a las predicciones teóricas y no
había forma de salvar estas
contradicciones; fue este simple
experimento el que desató, años más tarde
el Clásica Vs. Cuántica, con Einstein como
uno de sus propulsores.
La luz puede ser pensada como una
onda que se propaga, al igual que el
movimiento de la superficie del agua luego
de arrojar una piedra sobre ella. Este
movimiento tendrá dos características
fundamentales: la amplitud y la frecuencia;
es decir que tan alta es la onda y que tan
seguido se producen. En el caso de la luz,
la amplitud determina lo que se llama
Intensidad. Clásicamente lo que se pensaba
era que las ondas podían entregar energía
a los electrones del metal paulatinamente,
hasta que alcanzaran el nivel suficiente para
ser desprendidos de la superficie. Esto
quiere decir que cuanto más intensa fuera la
luz, los electrones arrancados deberían
poseer más energía (deberían haber
recibido más energía del rayo luminoso.) Sin
embargo experimentalmente se observó
que la energía de los electrones


6.3 Espectros de emisión y absorción de gases.


Espectro de absorción: se presenta
cuando un solido incandescente


se encuentra rodeado por un gas más frio,


el espectro resultante


muestra un fondo interrumpido por


espacios oscuros denominados


líneas de absorción, porque el gas ha


absorbido de la luz aquellos


colores que éste irradia por sí mismo.


Suele ocurrir que unos cuerpo


absorben sólo la radiación de unas


determinadas longitudes de onda y


no aceptan absorber otras de otras


longitudes, por lo que cada cuerpo,


cada elemento químico en la práctica,


tiene su propio espectro de


absorción, el cual se corresponde con su


espectro de emisión, al igual


como si fuera el negativo con el positivo


de una película.
En la naturaleza se da también que otros
cuerpos absorben radiación de
otros cuerpos dejando rayas negras.


Espectro de emisión: mediante suministro
de energía calorífica, se


estimula un determinado elemento en su


fase gaseosa, sus átomos


emiten radiación en ciertas frecuencias


del visible, que constituyen su


espectro de emisión. Ninguno de estos se


repite. Por ejemplo, algunos


de ellos lo hacen en el infrarrojo y otros


cuerpos no. Ello depende de la


constitución específica de cada cuerpo, ya


que cada uno de los


elementos químicos tiene su propio


espectro de emisión.


eyectados del metal era independiente de
la intensidad de la luz que recibían, pero
que variaba con la frecuencia.


2


Espectro de la radiación del cuerpo negro,
resuelto por Max Planck con la cuantización de
la energía. La energía total del cuerpo negro
resultó que tomaba valores discretos más que
continuos. Este fenómeno se llamó cuantización,
y los intervalos posibles más pequeños entre los
valores discretos son llamados quanta (singular:
quantum, de la palabra latina para "cantidad", de
ahí el nombre de mecánica cuántica.
Efecto fotoelectrico


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


Espectro de absorción: se presenta cuando un
solido incandescente
se encuentra rodeado por un gas más frio, el
espectro resultante
muestra un fondo interrumpido por espacios
oscuros denominados
líneas de absorción, porque el gas ha
absorbido de la luz aquellos
colores que éste irradia por sí mismo. Espectro
de emisión: mediante suministro de energía
calorífica, se


estimula un determinado elemento en su fase


gaseosa, sus átomos


emiten radiación en ciertas frecuencias del


visible, que constituyen su


espectro de emisión. Ninguno de estos se


repite


3
4
5


El efecto fotoeléctrico es un fenómeno
muy popular en física, Se trata de una de
las formas en las que la luz interactúa con
la materia; en particular, cuando incide un
haz sobre un metal, algunos electrones
son emitidos con diferentes energías. El
fenómeno ya había sido observado en 1839
por Becquerel, pero no fue hasta fines del
siglo XIX y los primeros años del XX que se
comenzó a estudiar en profundidad.


Un metal puede ser pensado como una
serie de núcleos que tienen electrones a
su alrededor. Los electrones que estén
más lejos del núcleo se podrán mover
prácticamente libremente; estos son los
electrones que transmiten la corriente
eléctrica, por ejemplo. Sin embargo a
estos electrones les falta un poco de
energía para poder salir del metal y esta
energía puede ser provista por un rayo de
luz


6


La emisión de electrones por metales
iluminados con luz de determinada
frecuencia fue observada a finales del siglo


Resultado de la separación de los
componentes de distinta longitud de
onda de la luz o de otra radiación
electromagnética. Los espectros pueden
ser de emisión o de absorción y cada
uno de ellos a su vez puede ser continuo
y discontinuo (de rayos o bandas). Los
espectros de emisión se obtienen a partir
de la radiación emitida directamente
sobre el cuerpo. Los espectros de emisión
continuos se obtienen al pasar la luz de
un cuerpo incandescente a través de
un prisma óptico (luz solar, bombilla de
filamento). Los espectros de emisión
discontinuos los producen gases o
vapores a elevada temperatura. Los
rayos proceden de emisiones de átomos
excitados, mientras que los de la banda
proceden de las moléculas excitadas.
Los espectros de absorción se forman
cuando una radiación luminosa
compuesta pasa a través de un cuerpo
y este la absorbe total o parcialmente.
Cuando la absorción es total, se obtiene
un espectro continuo porque faltan todas
las radiaciones absorbidas entre dos
frecuencias distintas.
Cada átomo es capaz de emitir o
absorber radiación electromagnética,
aunque solamente en algunas


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.
La experiencia que realizaron Franck y
Hertz en 1914 es uno de los experimentos
claves que ayudaron a establecer la
teoría atómica moderna. Nos muestra
que los átomos absorben energía en
pequeñas porciones o cuantos de energía,
confirmando los postulados de Bohr.
Mediante una simulación se tratará de
explicar las características esenciales de
este sencillo experimento, observando el
movimiento de los electrones y sus choques
con los átomos de mercurio, e investigando
el comportamiento de la corriente Ic con la
diferencia de potencial U que se establece
entre el cátodo y la rejilla.


frecuencias que son características
propias de cada uno de los diferentes
elementos químicos.
Si, mediante suministro de energía
calorífica, se estimula un determinado
elemento en su fase gaseosa, sus
átomos emiten radiación en ciertas
frecuencias del visible, que constituyen
su espectro de emisión.
Si el mismo elemento, también en
estado de gas, recibe radiación
electromagnética, absorbe en ciertas
frecuencias del visible, precisamente
las mismas en las que emite cuando se
estimula mediante calor. Este será su
espectro de absorción.


Espectros de emisión y de absorción


Material: Asa con alambre de platino., lámpara de alcohol, vaso de precipitados de 100
ml.espectroscopio


Sustancias: Cloruros de : Bario, calcio, estroncio,sodio.Acido clorhídrico.


Procedimiento:


Humedecer el asa del alambre de platino y Colocar una muestra de cada sustancias en el extremo
del alambre de platino,


Colocar a la flama de la lámpara de alcohol la sustancia y observar la coloración de la flama,
observar la flama con el espectroscopio y anotar sus observaciones en el cuadro.


sustancia
Cloruro de bario
Cloruro de calcio
Cloruro de estroncio
Cloruro de sodio
Cloruro de cobre


Numero de electrones


Color a la flama
Verde amarillento
Naranja
Rojo
Rojo
Azul


Colores del espectro.