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Efecto fotoeléctico - explicación teórica - Contenido educativo
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En este vídeo se explica en qué consiste el efecto fotoeléctrico y la dualidad onda-partícula en el caso de la luz.
En este vídeo vamos a dar una explicación sobre el efecto fotoeléctrico según Einstein en 1905.
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El efecto fotoeléctrico, fotoeléctrico, recordamos, es hacer incidir un rayo de luz ultravioleta sobre una placa
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dentro de un tubo de rayos catódicos donde se ha hecho el vacío
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y de esta placa van a saltar unos ciertos electrones que van a circular por el circuito.
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Recordamos que los electrones circulan en este sentido pero la intensidad circula en sentido contrario
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porque los electrones son cargas negativas pero la intensidad se concibió como cargas positivas moviéndose
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y entonces hay que poner la velocidad al revés.
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Le ponemos una pila de voltaje variable en la cual podemos ir regulando esta diferencia de potencial
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para hacer que estos electrones paren.
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entonces el efecto fotoeléctrico según lo describió Einstein es que la luz en lugar de ser únicamente una onda
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está compuesta por partículas, la luz está compuesta por partículas y a estas partículas las llamamos fotones
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cada fotón va a ir siguiendo la onda de la luz y va a tener asociada una energía porque es una
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partícula esta energía se va a relacionar con la frecuencia de la luz utilizando esta constante h
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que es la constante de Planck vamos a poner aquí la constante de Planck 6,63 por 10 elevado a menos
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34 julios multiplicado por segundo pues bien esta energía de aquí está
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asociada a cada fotón que va con la luz esta energía depende de la frecuencia lo
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que pasa es que normalmente se ha dado cuando hablamos de luz hablamos de su
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longitud de onda entonces tenemos que recordar que como la luz
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es una onda y aquí es donde entra el concepto de dualidad porque es a la vez
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onda y partícula cumple que la velocidad de la luz tiene que ser el producto de la longitud de
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onda por la frecuencia por lo tanto podemos escribir la energía de un botón tanto de
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esta forma como de esta otra forma sustituyendo esta ecuación de aquí en este caso pues bien
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Einstein lo que dijo es que esta energía iba asociada a cada fotón y cuando un fotón llega a un átomo de esta placa, incide sobre un electrón y consigue ionizar ese átomo.
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Por lo tanto, esta energía se invierte, esta energía, que es hc dividido entre lambda, se invierte en, por un lado, arrancar el electrón, si queréis ionizar el átomo, y por otro lado, en acelerar el electrón o darle velocidad.
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esta segunda la velocidad estamos ya acostumbrados a ella es la energía cinética como a veces los
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electrones no absorberán toda la energía del fotón esta energía cinética puede tener una
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serie de rangos y entonces nosotros vamos a trabajar siempre con la máxima arrancar depende
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de cómo nos encontremos con este metal en concreto tal como tenemos aquí el montaje como el metal es
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un sólido tendremos una propiedad de ese metal que se llamará trabajo de extracción o a veces
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también se llama función de trabajo ambas magnitudes son exactamente la misma a veces
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escriben w0 y otras veces se han visto escritas como c0 yo utilizo w0 porque ya que es trabajo
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pues le ponemos trabajo w estas dos energías sumadas nos tienen que dar por conservación de
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la energía la energía del fotón incidente por lo tanto la energía del fotón tiene que ser igual al
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trabajo de extracción más la energía cinética máxima esta es la ecuación del efecto foto eléctrico si
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en lugar de tener el metal como en esta placa que es sólido tuviésemos un gas vaporizado de
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este metal, entonces lo que obtendríamos en lugar de la función de trabajo, si el
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metal fuese un gas, no tendríamos la función de trabajo sino que tendríamos la energía
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de ionización, energía de ionización y entonces esta ecuación en lugar de así se
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escribiría como la energía del fotón incidente es la energía de ionización más la energía
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cinética máxima. Vemos que es la misma ecuación, solo cambia la nomenclatura. Esta segunda
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es más típica en los exámenes que salen en EBAU en química, mientras que esta es
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más típica en los exámenes de física. Bien, vamos a fijarnos en el trabajo de extracción
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a función de trabajo y en la energía cinética máxima. El trabajo de extracción, trabajo de extracción,
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normalmente como es una propiedad del material se puede dar directamente como un trabajo o bien se
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puede indicar cuál es la longitud de onda o frecuencia necesaria de esta luz para arrancar
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electrones sin necesidad de acelerarlos, solamente para arrancarlos, es decir, la contribución que
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afectaría solamente a este trabajo. Estas dos, la frecuencia necesaria en la luz para cumplir esta
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función de trabajo y la longitud de onda necesaria para cumplir también el trabajo de extracción se
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llaman respectivamente frecuencia umbral y longitud de onda umbral. Se llaman umbral porque es a partir
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de las cuales va a haber o va a dejar de haber efecto fotoeléctrico. Frecuencias superiores a la
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frecuencia umbral van a provocar efecto fotoeléctrico porque si hay más frecuencia hay más energía y
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podemos arrancar el electrón. Longitudes de onda inferiores a la longitud de onda umbral van a
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producir efecto fotoeléctrico porque si crece la longitud de onda la energía decrece, son
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inversamente proporcionales. Con respecto a la energía cinética máxima hemos visto antes que hay
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una pila que nos permite frenar el paso de estos electrones. El potencial que tiene que tener esta
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pila para frenar los electrones se llama potencial de frenado y tiene que ser tal que al multiplicar
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la carga del electrón por este potencial de frenado nos dé exactamente la energía cinética máxima de
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estos electrones. ¿Por qué? Porque al sumar la energía potencial, que será negativa porque la
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carga del electrón lleva un signo menos, con la energía cinética máxima nos va a dar energía cero
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y los electrones no van a ser capaces de llegar a la otra placa. Viene a colación aquí hablar de
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la carga del electrón porque las energías implicadas en estos procesos son siempre del
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orden de 10 elevado a menos 19 julios que es un número muy pequeño para no trabajar con números
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más pequeños se utiliza una unidad que es el electrón voltio electrón voltio se abrevia con
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una pequeña y una v mayúscula un electrón voltio y la conversión es exactamente igual a la carga
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del electrón 1,602 por 10 elevado a menos 19 julios entonces si tenemos un potencial de frenado
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por ejemplo de 2,50 voltios la energía cinética máxima de estos electrones será multiplicando por
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la carga del electrón, pero no será necesario multiplicarlo si no nos piden en julios esta
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energía, simplemente con escribir una e delante de la v se convierte el potencial en energía
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y por lo tanto esta energía será 2,50 electronvoltios, si lo necesitásemos en julios tendríamos
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que poner que un electronvoltio son 1,602 por 10 a la menos 19 julios y haríamos este
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producto que sale 4,01 por 10 a la menos 19 julio.
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- Idioma/s:
- Materias:
- Física, Química
- Niveles educativos:
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- Bachillerato
- Segundo Curso
- Autor/es:
- Àngel Manuel Gómez Sicilia
- Subido por:
- Àngel Manuel G.
- Licencia:
- Reconocimiento - No comercial - Compartir igual
- Visualizaciones:
- 20
- Fecha:
- 4 de mayo de 2020 - 21:23
- Visibilidad:
- Público
- Duración:
- 10′ 40″
- Relación de aspecto:
- 1.78:1
- Resolución:
- 1024x576 píxeles
- Tamaño:
- 394.51 MBytes
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