Universidad Tecnologica de Bolivar Facultad de ciencias Básicas Departamento de Física
DETERMINACIÓN DE LA CONSTANTE DE PLANCK, E F E C T O F O T O E L E C T R I C O. Alejandra Pérez, Alfonso Núñez, Juan David Hernández, Sandra Gómez, Grey Villadiego. Estudiante de programa Fisca III, Universidad Tecnológica de Bolívar Cartagena, Bolívar, Colombia, 2017. RESUMEN En este experimento se demostrara la cuantización de las ondas electromagnéticas y medir la constante de Planck Mediremos la energía cinética máxima de los electrones arrancados por el efecto fotoeléctrico a partir de una superficie de un metal alcalino en función de la frecuencia. El efecto fotoeléctrico fue descubierto por Hertzen 1887 y estudiado por Lenard en 1900. Este efecto consiste en una interacción entre un fotón y un electrón. Como resultado de dicha interacción el fotón entrega toda su energía al electrón ligado a un átomo de forma tal que este electrón es “arrancado” del núcleo, quedando de esta manera en libertad y recibiendo el nombre de fotoelectrón. Palabras Claves: Constante de Planck, Efecto Fotoeléctrico.
ABSTRACT In this experiment will demonstrate the quantization of the electromagnetic waves and measure Planck's constant will measure the maximum of electrons by the photoelectric effect plucked from a surface of an alkali metal as a function of frequency kinetic energy. The photoelectric effect was discovered by Hertzen 1887 and studied by Lenard in 1900. This effect is an interaction between a photon and an electron. As a result of this interaction the photon delivered all its energy to an atom bound electron so that the electron is "booted" core, being thus released and receiving the name of photoelectron.
INTRODUCCIÓN
El efecto fotoeléctrico fue descubierto por Heinrich, en 1887, al observar que ciertos metales, bajo la acción de la luz, emiten cargas negativas. Más adelante se pudo comprobar que eran electrones y que la emisión se debía principalmente a la radiación ultravioleta. El efecto fotoeléctrico consiste en la emisión de electrones por un material al incidir sobre él una radiación electromagnética. En esta práctica se estudiará el fenómeno de efecto fotoeléctrico para poder identificar el comportamiento del metal usado. También se hallará la constante de Planck y se verificará con su valor real. Cabe recalcar que no todos los materiales producen
efecto fotoeléctrico, para ellos se observará si el metal utilizado es capaz de producirlo. Para la realización de la práctica es muy importante tener claro algunos conceptos como: Fotones, energía de un fotón, efecto fotoeléctrico, energía cinética, potencial de frenado y función de trabajo de un metal.
MONTAJE EXPERIMENTAL
Figura 3: Montaje del experimento en el banco óptico con indicación de la posición en cm para el costado izquierdo del jinetillo óptico.
Dónde a: lámpara de mercurio de alta presión, b: diafragma de iris, c: lente, 100 mm, d: rueda porta filtros con filtros de interferencia, e: celda fotoeléctrica.
f
=
1. PROCEDIMIENTO •
Se Conectó el multímetro y seleccionamos la escala de 1 V CC.
•a Giramos el filtro de interferencia para luz verde (λ Hg = 546 nm), interponiéndolo en el paso del haz y repetir la medición.
Se subió a la escala hasta 3 V y repetimos las mediciones para los filtros • de interferencia azul ( λHg = 436 nm) y violeta ( λHg = 405 nm) y (λHg=365).
Con el diafragma de iris de la rueda de filtros variar la intensidad de la| luz • que incide en la celda fotoeléctrica y determinamos en cada caso la tensión límite U 0.
DATOS EXPERIMENTALES En la práctica se midió la tensión límite en voltios respeto a una longitud de onda dada.
Tabla 1: Toma de datos de diferencia de potencial. Filtros
U1 (v)
U2 (v)
U3 (v)
578nm 546nm 436nm 405nm 365nm
0.42 0.62 0.95 1 1.1
0.5 0.65 1 1.1 1.5
0.65 0.75 1.1 1 1.5
Promedio U(V) 0.52 0.67 1.02 1.03 1.13
Dónde la longitud de onda en nm viene dada por los filtros y la tensión límite U en voltios.
Tabla 2: Valores promediados de tensión y las longitudes de onda correspondiente. U 0.52 0.67 1.07 1.03 1.13
Lambda (nm) 578 546 436 405 365
Tabla 3: Valores de lambda pasados a frecuencia. U2
f (m) 0,52 5,1903E+14 0,67 5,49E+14 1,02 6,8807E+14 1,08 7,407E+14 1,13 8,219E+14
ANALISIS DE DATOS. Preguntas de la guía. 1. De acuerdo con el experimento, ¿cambió la tensión límite para cada filtro cuando se cambió la intensidad del haz incidente en la celda fotoeléctrica? ¿Qué indica el resultado? R/ La tabla 1 muestra que la tensión límite fue variando a medida que se cambió la intensidad de la luz. Sin embargo, los valores obtenidos no fueron muy alejados unos de otros. El resultado indica que la energía no necesariamente depende de la intensidad de la luz y varía porque el capacitor es muy sensible al cargarse y el simple hecho de poner un cuerpo cerca se obtiene un cambio en la tensión límite. 2. Realice una gráfica de U0 como función de la frecuencia.
Gráfica 1: Tensión límite vs Frecuencia. 1.4 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0
5E+14
1E+15
En la gráfica se logra observar la tensión límite vs la frecuencia dada por la velocidad de la luz entre la longitud de onda en metros.
3. Mediante regresión lineal, encuentre el valor la pendiente y del intercepto con el eje U0 de la recta de interpolación, ¿qué representan estos parámetros? R/ Usando método de segregación lineal.
A ∑ =
B ∑ =
C ∑ 2 =
D ∑ =
E NC 2 m DN E AB b Dónde m es la pendiente de una recta y b un valor constante, es decir, con el método de mínimos cuadrados se puede hallar con la ecuación de una recta aproximada. A= 3,31855x1015; B=4.42; C= 2.2888x10 30; D= 3.0659x10 15; E=1.73x10 29 ; N=5 Con estos valores podremos calcular m y b.
) m (.9x )−.2(. 3.6750510− , )(.9 )−.2(2.2 ) (.x Calculamos b 0.8433 , Calculamos
Con estos valores tenemos: y= mx+b
U0=3.67505x10 -15 f + 0.8433 Esta es la ecuación de la recta que se acomoda a los puntos de la gráfica. Se puede apreciar la recta en la tabla 1.
4. Con el valor de la pendiente determine la constante de Planck, ¿cuál es el error en la determinación de dicha constante con este experimento? R/ Como ya conocemos el valor de la pendiente m tenemos qué: m= h/e Despejamos h
h= me h= (3.67505x10 )( 1.602 176 565×10 −19) h= 5.9x10-34 Js Conocemos el valor real de h. Calculamos el porcentaje de error. -15
E%=((Valor real- Valor obtenido)/valor real)*100 E%= ((6.63x10 -34-5.9x10 -34)/ 6.63x10 -34 )*100 E%= 11% 5. Con el valor del intercepto, determine la frecuencia de corte para observar el efecto fotoeléctrico con la celda fotoeléctrica usada en este experimento. R/ Para hallar la frecuencia de corte se tiene: f= Wc/h Entonces decimos f=Wc/(h/e)= Wc/m f= (0.8433)/ 3.67505x10 -34
f= 2.294662658x1014 Hz Siendo este el valor de la frecuencia mínima para que se presente el efecto foto eléctrico. 6. ¿Cuál es la función de trabajo del metal usado en la celda fotoeléctrica? R/ Para encontrar la función de trabajo sólo se hace a f=0 en la función. Entonces: U0=3.67505x10 -15 (0) + 0.8433
Uo= 0.8433Ev, este es el corte con el eje y e indica la función de trabajo Siendo esta la función del material: 0.8433 eV.
CONCLUSIÓN Terminado el presente informe se puede llegar a las siguientes conclusiones:
El efecto fotoeléctrico se produce cuando un haz de luz incide sobre la superficie de un metal y desprende electrones, que son liberados con una velocidad y energía cinética. El efecto fotoeléctrico se produce si la energía de los fotones incidentes en mayor o igual a la función trabajo del material. En este experimento, en todos los casos para las distintas frecuencias se genera el efecto fotoeléctrico puesto que la energía de los fotones supera a la frecuencia umbral del metal. Los valores de la tensión límite no variaron demasiado conforme se incrementaba la intensidad. De forma contraria, este valor cambiaba de forma considerable en la medida en que se aumentara o disminuyera la frecuencia. Esto demuestra que la energía de los fotones incidentes solo depende de la frecuencia del haz de luz y no de la intensidad. El valor de la constante de Planck que se obtuvo fue muy aproximado, tan solo un error del 11%, esto es debido a los problemas que se presentan al momento de realizar las mediciones, como por ejemplo, mal funcionamiento del instrumento de medida, equivocación por parte de la persona que toma los datos, etc.
BILIOGRAFÍA.
https://es.wikipedia.org/wiki/Electr%C3%B3n https://es.wikipedia.org/wiki/Funci%C3%B3n_de_trabajo https://es.wikipedia.org/wiki/Constante_de_Planck
