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P4-Efecto Fotoeléctrico
Cuestiones Previas
A continuación presentamos algunas cuestiones sobre los conceptos que
se han explicado en la introducción y que le pueden servir para evaluar
sus conocimientos. Si acierta en las respuestas y/o entiende el porqué
de la contestación puede pasar a desarrollar la práctica, en caso
contrario vuelva a la introducción y revise los conceptos que no haya
entendido.
1)
Aunque la distancia entre la fuente de luz y la placa sea muy grande (2 o más metros), si esperamos el tiempo suficiente, siempre observaremos que el electrodo del electroscopio de Wulf se carga.
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Correcto
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| Si la intensidad del efecto fotoeléctrico es muy pequeña, debido a que la distancia entre la fuente luminosa y la placa es muy grande, los pocos electrones desprendidos de la placa no llegarán al electrodo espiral ya que se perderán en choques con partículas en suspensión en el aire. Con el tiempo, en efecto, el electrodo del electroscopio se cargará pero no podremos distinguir si es por efecto fotoeléctrico o por la acumulación natural de iones presentes en el aire entre placa y espira. |
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Incorrecto
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2)
La teoría ondulatoria clásica de la luz no puede explicar que la intensidad del efecto fotoeléctrico disminuya con la distancia entre la fuente y la placa, en forma 1/r2 (r = distancia placa-fuente luminosa).
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Correcto
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Sí lo puede explicar, ya que la potencia de la fuente luminosa (energía por unidad de tiempo) se reparte sobre un frente de onda esférico cuya superficie aumenta como r2, por tanto, la intensidad (energía por unidad de tiempo y por unidad de superficie) disminuye como 1/r2. En la teoría clásica, bastaría con esperar el tiempo suficiente para que los electrones de la placa "absorbieran" la energía suficiente para que poder superar el trabajo de extracción y salir de la placa. Sólo la no observación de este tiempo de "espera" indicaría que la teoría clásica falla.
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Incorrecto
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3)
Al intercalar un cristal entre la fuente luminosa y la placa, el efecto fotoeléctrico:
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Correcto
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La corriente fotoeléctrica cesa ya que el cristal absorbe la práctica totalidad de la radiación de longitud de onda por debajo de los 320 nm, como se observa en la gráfica siguiente para un cristal ordinario de silicato sodo-cálcico y, por lo tanto, filtra la práctica totalidad del pico de 313nm de la radiación de la lámpara de Hg, que es la que produce electrones capaces de vencer el trabajo de extracción del cinc.
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Incorrecto
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4)
Si sustituimos la placa de cinc (trabajo de extracción W = 3.63 eV.) por una de níquel (trabajo de extracción W = 5.35 eV.), con la misma fuente de luz, el efecto fotoeléctrico:
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Correcto
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No se producirá efecto fotoeléctrico porque la energía de los fotones producidos por la lámpara de Hg es inferior al trabajo de extracción de les electrones del níquel.
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Incorrecto
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5)
¿Qué ocurriría si se invirtiese la polaridad de la fuente de alimentación, conectando el polo (+) a la placa y el (-) al electrodo de influencia del electroscopio de Wulf?
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Correcto
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Idealmente se observaría el efecto fotoeléctrico ya que, si la fuente de luz UV tiene longitudes de onda suficientemente pequeñas para producir fotones con energía superior a los 4.7 eV del trabajo de extracción del cobre (espira), éstos serían extraídos y conducidos a la placa, a través de la diferencia de potencial. El electrodo de influencia del electroscopio de Wulf, ahora cargado positivamente, restituiría la carga de la espira a cada contacto y obtendríamos una corriente fotoeléctrica de sentido contrario a estudiado anteriormente. La intensidad sería menor ya que la superficie de la espira es menor y, por tanto, también será menor el número de electrones arrancados por segundo. (El montaje del laboratorio no está preparado para realizar esta inversión de polaridad).
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Incorrecto
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6)
La colisión entre un fotón y un electrón libre:
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Correcto
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Si trabajamos en el sistema del electrón en reposo, de modo que
la conservación del momento y la energía imponen que
de forma que para que se verifique que
hemos de imponer que
condición que sólo se puede satisfacer si  , es decir para fotones de energía nula.
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Incorrecto
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