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CLASES 15 a 17 La luz: un chorro de partículas. A principios de 1900 conocíamos que: Las partículas son objetos puntuales con masa que cumplen las leyes de Newton La luz es una OEM, cumple las ecuaciones de Maxwell. pantalla. Un chorro de partículas no se difracta: sigue las leyes de Newton.
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CLASES 15 a 17 La luz: un chorro de partículas • A principios de 1900 conocíamos que: • Las partículas son objetos puntuales con masa que cumplen las leyes de Newton • La luz es una OEM, cumple las ecuaciones de Maxwell Larrondo 2010
pantalla Un chorro de partículas no se difracta: sigue las leyes de Newton Larrondo 2010
La mancha en la pantalla tiene la forma de la abertura r Vista en la Pantalla I es constante I Larrondo 2010
pantalla Una onda se difracta Larrondo 2010
La mancha tiene la forma de anillos concéntricos I es variable r Vista en la Pantalla I Larrondo 2010
La luz se difracta por lo tanto es una onda ! Larrondo 2010
Surge el problema • En 1900 tres experimentos cruciales • Efecto Compton (Compton) • Efecto Fotoeléctrico (Einstein) • Radiación del Cuerpo Negro (Planck) Larrondo 2010
Efecto Fotoeléctrico Larrondo 2010
La luz extrae electrones del metal + - e Larrondo 2010
Ecuaciones Larrondo 2010
Energía que el electrón extrajo de la onda Ecuaciones Larrondo 2010
Energía necesaria para extraer el electrón del metal Ecuaciones Larrondo 2010
Energía cinética remanente del electrón Ecuaciones Larrondo 2010
Para el electrón más veloz Larrondo 2010
Invertimos la batería - + e Larrondo 2010
Si Entonces hay corriente. Si la intensidad de la luz crece la corriente también Larrondo 2010
Si • La corriente es cero. • Si la intensidad de la luz crece la corriente NO SE RESTABLECE. • Si se cambia el color de la luz aumentando su frecuencia SE RESTABLECE LA CORRIENTE Larrondo 2010
Modelo de Einstein • La luz está formada por partículas llamadas fotones • Cada fotón tiene • La intensidad de la luz está dada por Larrondo 2010
Modelo de Einstein • Si cambiamos la intensidad de la luz sin cambiar el color estamos variando • Si cambiamos el color de la luz estamos variando Larrondo 2010
Modelo de Einstein • Si cambiamos el color de la luz estamos variando Larrondo 2010
Modelo de Einstein • Una luz con menor densidad de fotones más energéticos es más eficiente para entregar energía a los electrones pues en el modelo de Einstein cada electrón choca con un único fotón y sólo puede tomar la energía del mismo. • Una luz roja es menos eficiente que una azul de igual intensidad !!! Larrondo 2010
Ecuaciones del Efecto Fotoeléctrico Larrondo 2010
Experimento Simulado • Ver el applet con el experimento simulado de Efecto Fotoeléctrico y comprobar • 1) el potencial de frenado vs w es una recta • 2) la pendiente de la recta es independiente del metal iluminado. • 3) la ordenada al origen depende del metal iluminado. Larrondo 2010
Propiedades de los fotones Efecto Fotoeléctrico Efecto Compton Radiación CN u=POEM c Larrondo 2010
Esta relación vale para cualquier partícula Propiedades de los fotones Larrondo 2010
Esta relación vale para cualquier partícula Propiedades de los fotones Larrondo 2010
Propiedades de los fotones • Se difracta si interactúa con un objeto cuyo tamaño es comparable con l. • Si interactúa con un objeto cuyo tamaño es mucho mayor que l la difracción es despreciable. Larrondo 2010
Qué partículas son éstas? • Los fotones son paquetes de onda • Se los obtiene sumando ondas con k en un rango en k [kmin, kmax] y un rango en w [wmin, wmax] Larrondo 2010
Qué partículas son éstas? Larrondo 2010
Propuesta de De Broglie Los electrones también son paquetes de onda y por lo tanto tienen una frecuencia y una longitud de onda Larrondo 2010
Qué partículas son éstas? Larrondo 2010
Propuesta de De Broglie Larrondo 2010
Esta relación vale para cualquier partícula Propiedades de los electrones Larrondo 2010
Atención Larrondo 2010
En cambio para los fotones Larrondo 2010
Propiedades de los electrones • Se difractan si interactúan con un objeto cuyo tamaño es comparable con l. • Si interactúan con un objeto cuyo tamaño es mucho mayor que l la difracción es despreciable. Larrondo 2010
Ventaja de los electrones • La longitud de onda lse puede controlar acelerando los electrones. • Los electrones pueden usarse con mucha ventaja en microscopía porque el valor de l puede reducirse obteniendo imágenes nítidas (sin difracción) de objetos muy pequeños. Larrondo 2010
Fotografía de microscopio electrónico Larrondo 2010
Bonus pack Larrondo 2010
Otros efectos fotoeléctricos • Light Dependent Resistor (LDR) empleado en los sistemas de encendido automático de luz • El material es sulfuro de cadmio (CdS) que es semiconductor. Larrondo 2010
LDR • Un semiconductor es un aislante es decir no conduce la electricidad, o para ser más precisos tiene una resistividad muy elevada. • Pero el semiconductor tiene enlaces covalentes relativamente fáciles de romper. La energía necesaria para romper un enlace se llama ancho de la zona prohibida. • Los aislantes en cambio tienen una zona prohibida muy grande. Larrondo 2010
LDR • Si un fotón entrega suficiente energía a un electrón, se genera un par electrón-hueco y el semiconductor se vuelve conductor. • En las siguientes figuras puede ver como tanto el electrón como el hueco se mueven colaborando con la conducción eléctrica. El material conduce la electricidad con una resistencia pequeña. Larrondo 2010
LDR Larrondo 2010
Cómo se lo obtiene un paquete de ondas? Larrondo 2010
portadora Ejemplo (ver tabla de TF) Envolvente de f(x) Envolvente de F(k) Larrondo 2010
Ver apunte para el caso de un paquete de onda con envolvente rectangular Larrondo 2010
