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Departamento de Física Fac. Ciencias Exactas - UNLP Determinación de h/e. Efecto fotoeléctrico. El núcleo y sus radiaciones Curso 2017 Clase 4 Página 1 Heinrich Hertz descubrió el efecto fotoeléctrico cuando 1887 llevaba a cabo experimentos para verificar la existencia de ondas electromagnéticas predichas por Maxwell. 1888 1899 Wilhem Hallwachs mostró que solamente cargas negativas son emitidas en el efecto fotoeléctrico. Phillip Lenard y J. J. Thompson mostraron que la emisión fotoeléctrica era debida a electrones (clase 1). 1902 Phillip Lenard descubrió la frecuencia umbral para la existencia del efecto fotoeléctrico y que la energía cinética de los fotoelectrones es independiente de la intensidad de la luz incidente. 1905 Albert Einstein introduce la explicación cuántica del efecto fotoeléctrico y anuncia la teoría especial de la relatividad. PN 1921 "for his contributions to mathematical physics, and specially for his discovery of the law of the photoelectric effect".

Departamento de Física Fac. Ciencias Exactas - UNLP Determinación de h/e. Efecto fotoeléctrico. 1915 El núcleo y sus radiaciones Curso 2017 Clase 4 Página 2 Duane – Hunt determinan que la mínima longitud de onda emitida en un tubo de rayos X, operado a potencial V, se corresponde con la emisión de un fotón de energía h = e. V (clase 3) 1916 R. A. Millikan establece que “the reality of Einstein’s light-quanta may be considered as experimentally established. But the conception of localized light-quanta out of which Einstein got his equation must still be regarded as far from being established”. Tomado de la presentación de Millikan en ocasión re recibir el premio Nobel (1924) 1923 Arthur H. Compton, usando el concepto de cuantos de luz localizados, explicó un nuevo efecto, asumiendo que en el impacto entre un cuanto de luz y un electrón libre, valen las leyes de conservación de la energía y del momento. (clase 5)

Departamento de Física Fac. Ciencias Exactas - UNLP Determinación de e/m El núcleo y sus radiaciones Curso 2017 Clase 4 Página 3 Método de Lenard en 1898 usó un método ligeramente diferente para medir la relación e/m de partículas negativas liberadas por una placa de metal iluminada con luz.

Departamento de Física Fac. Ciencias Exactas - UNLP Determinación de e/m Como determinar R? El núcleo y sus radiaciones Curso 2017 Clase 4 Página 4

Departamento de Física Fac. Ciencias Exactas - UNLP Determinación de h/e. Efecto fotoeléctrico. El núcleo y sus radiaciones Curso 2017 Clase 4 Página 5 Los hechos más importantes en conexión con el efecto fotoeléctrico son los siguientes: • si luz de una determinada longitud de onda es capaz de liberar electrones de una superficie , la corriente electrónica es directamente proporcional a la intensidad de la luz. • Para una dada superficie hay una longitud de onda máxima para la que se puede liberar electrones , luz con longitud de onda más larga no puede liberar electrones, no importa cuan intensa sea la radiación ni cuanto tiempo actúe. • Luz de longitud de onda menor que este valor umbral produce siempre electrones y el tiempo que transcurre entre que la superficie es iluminada y aparecen los fotolectrones es menor que 3 10 -9 s (datos de principios de Siglo XX) • La energía cinética de los electrones liberados se incrementa linealmente con la frecuencia de la luz que los libera.

Departamento de Física Fac. Ciencias Exactas - UNLP Determinación de h/e. Efecto fotoeléctrico. Elster y Geitel (1889 - 1892) Un aparato adecuado para estudiar el efecto fotoeléctrico es el de la figura. El núcleo y sus radiaciones Curso 2017 Clase 4 Página 6

Departamento de Física Determinación de h/e. Fac. Ciencias Exactas - UNLP Efecto fotoeléctrico. El núcleo y sus radiaciones Curso 2017 Clase 4 Página 7 Se pueden hacer varios experimentos: 400 nm 550 nm

Departamento de Física Fac. Ciencias Exactas - UNLP Determinación de h/e. Efecto fotoeléctrico. Qué era lo que no se entendía? El núcleo y sus radiaciones Curso 2017 Clase 4 Página 8

Departamento de Física Fac. Ciencias Exactas - UNLP Determinación de h/e. Efecto fotoeléctrico. El núcleo y sus radiaciones Curso 2017 Clase 4 Página 9 Dependencia de la energía cinética de los fotoelectrones con la intensidad luminosa. • Predicción clásica. • Los electrones pueden absorber energía continuamente de las ondas electromagnéticas. • Al aumentar la intensidad los electrones deben ser eyectados con más energía cinética. • Resultados experimentales. • El espectro de energías cinéticas es independiente de la intensidad luminosa.

Departamento de Física Fac. Ciencias Exactas - UNLP Determinación de h/e. Efecto fotoeléctrico. El núcleo y sus radiaciones Curso 2017 Clase 4 Página 10 Intervalo de tiempo entre la incidencia de la luz y la eyección de fotoelectrones. • Predicción clásica. • A bajas intensidades luminosas debería existir un intervalo de tiempo medible desde que se comienza a iluminar el metal hasta que los electrones adquieren suficiente energía para ser eyectados. • Resultados experimentales. • La eyección de fotoelectrones ocurre simultáneamente con la iluminación.

Departamento de Física Fac. Ciencias Exactas - UNLP Determinación de h/e. Efecto fotoeléctrico. El núcleo y sus radiaciones Curso 2017 Clase 4 Página 11 Dependencia de la eyección de electrones con la frecuencia de la luz. • Predicción clásica. • Los electrones pueden ser emitidos a cualquier frecuencia si la intensidad es suficientemente alta. • Resultados experimentales. • No se emiten electrones si la frecuencia de la radiación incidente está debajo de un valor umbral. • La frecuencia de corte es característica del material que es iluminado.

Departamento de Física Fac. Ciencias Exactas - UNLP Determinación de h/e. Efecto fotoeléctrico. El núcleo y sus radiaciones Curso 2017 Clase 4 Página 12 Dependencia de la energía cinética de los electrones de la frecuencia de la luz. • Predicción clásica. • La energía cinética debería estar relacionada con la intensidad de la luz. • Resultados experimentales. • La energía cinética máxima de los electrones depende linealmente de la frecuencia de la luz.

Departamento de Física Fac. Ciencias Exactas - UNLP Determinación de h/e. Efecto fotoeléctrico. El núcleo y sus radiaciones Curso 2017 Clase 4 Página 13 En 1905 Einstein extendió las ideas de Planck respecto de la cuantificación de la energía de los osciladores. La hipótesis de Planck se puede generalizar y enunciar como un postulado del modo siguiente: Postulado de Planck: cualquier ente físico con un grado de libertad mecánico, cuya coordenada generalizada realiza oscilaciones armónicas simples sólo puede poseer valores discretos de la energía, dados por En = nhν , n= 0, 1, 2, … donde ν es la frecuencia de la oscilación y h es una constante universal. Si la energía del ente obedece el postulado de Planck se dice que está cuantificada, los niveles de energía permitidos se llaman estados cuánticos y el número entero n se denomina número cuántico.

Departamento de Física Fac. Ciencias Exactas - UNLP Determinación de h/e. Efecto fotoeléctrico. El núcleo y sus radiaciones Curso 2017 Clase 4 Página 14 Einstein postuló que la radiación electromagnética existía siempre en estos paquetes de energía, que conservaban su identidad toda la vida y que interactuaban con la materia como un todo. : función trabajo Energía mínima necesaria para liberar a los electrones menos ligados. : potencial de contacto Millikan, en 1916 hizo mediciones precisas de como dependía la energía cinética máxima de los electrones de la frecuencia de la radiación. Lo hizo midiendo el potencial necesario para frenar a los electrones:

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Departamento de Física Fac. Ciencias Exactas - UNLP El núcleo y sus radiaciones Curso 2017 Clase 4 Página 16 Determinación de h/e. Efecto fotoeléctrico. Aparato PASCO para determinación de h/e Fotocelda Lámpara de Hg Red de difracción Amplificador A m p