Fundame Fundament ntos os de Electricidad y Magnetis Ma gnetismo mo
EL E FE CTO FOTOEL ÉC TRICO Y SU SUS APLICACIONES APLICACIONES THE PHOTOELECTRIC EFFECT AND ITS APLICATIONS APLICATIONS
David Segura Monroy código. 244705 G9NL30 Universidad Nacional N acional de Colombia, Colombia, Bogotá Bo gotá,, Colombia 2 de Junio de 2010 Resumen
Aunque tiene !" de un "ig#o de de"cu$ierto% e# e&ecto &otoe#'ctrico e"ta !" vigente que nunca y ade!" de "er (ti# en un gran n(ero de a)#icacione" )ara e# &uncionaiento de uc*a" de nue"tro" di")o"itivo" e#ectrónico" e#ectrónico" % )uede "er ta$i'n e# coien+o de #a "o#ución a nue"tro" )ro$#ea" energ'tico" a #argo )#a+o. ,"te art-cu#o quiere dar a conocer en que con"i"te e"te e&ecto y a#guna" de "u" )rinci)a#e" a)#icacione" )r!ctica". )r!ctica". Palabras claves: ,&ecto &otoe#'ctrico%,&ecto &otovo#taico %&oton% #u+%e#ectrón
Abstract A#t*oug* it *a" ore t*an a century o& di"covered% t*e )*otoe#ectric e&&ect i" ore va#id no t*an ever % $e"ide" $eing u"e&u# in a #arge nu$er o& a))#ication" &or t*e o)eration o& any o& our e#ectronic device"% it a#"o cou#d $e t*e $eginning o& t*e "o#ution to our energy )ro$#e" #ong ter. /*i" artic#e ant" to "*o *at i" t*e )*otoe#ectric e&&ect and "oe o& it" ain )r!ctica# a))#ication". Keywords: *otoe#ectric e&&ect% )*otovo#taic e&&ect% )*oton% #ig*t%e#ectron einri ein ric* c* e ert rt++ 65 657 7 94 9488 de"c de"cu$ u$ri rióó acci accide dent nta# a#e ent ntee que que #a #u+ #u+ u#tr u#trav avio io#e #eta ta odi&i odi&ica$ ca$aa e# vo#ta vo#tae e a# que "e )rodu )roduc-a c-ann c*i")a" entre #o" e#ectrodo" et!#ico".
Introducción
,n )rin )rinci ci)i )io" o" de# de# "ig# "ig#oo 11 11%% #o" #o" &-"i &-"ico co"" de"cu$rieron que #a eor &ora de entender #a e"tr e"truc uctu tura ra de #a ate ateri riaa era era co$ co$in inar ar e#eento" tanto de #a" )art-cu#a" coo de #a" onda onda"% "% #a #u+ #u+ e" un unaa on onda da en e# ca) ca)oo e#ectroagnetico )ero #a #u+ interactua con #o" #o" !to !too" o" en *ace *ace"" cua" cua"i) i)ar arti ticu cu#a #are re"" ##aado" &otone"% de igua# &ora un rayo de e#ectrone" ue"tra di&racción de onda cuando e" re&# re&#e ead adoo en un cri" cri"ta ta#. #. A"A"- e" co coo e)e+aron a conocer"e a#guna" )articu#aridade" de# e#ectrón en &enóeno" que que a"en a"enta taro ronn #a" #a" naci nacien ente te"" teor teor-a -a"" de #a re#atividad y #a ec!nica cu!ntica. ,ntre e##a" de"t de"tac acaa #a ani ani&e &e"t "tac acio ionn cono conoci cida da coo coo e&ecto &otoe#'ctrico% una &ora de interacción entre #o" e#ectrone" y #a radiación e#ectroagn'tica. ,n 7% e# &-"ico a#e!n
La e)# e)#ic icac ació iónn teór teóric icaa ##eg ##egóó con con A#$e A#$ert rt ,in"tein% quien en 905 )u$#ica e# revo#u revo#ucio cionar nario io art-cu art-cu#o #o :eur:eur-"ti "tica ca de #a generación y conver"ión de #a #u+;% $a"ando "u &oru#ación de #a &otoe#ectricidad en una eten" eten"ión ión de# tra$a tra$aoo "o$re "o$re #o" cuanto cuanto"" de Ma Ma #an #anc< c<.. M!" M!" tard tardee =o$e =o$ert rt An Andr dre e"" Mi##i
o" e)erientando )ara deo"trar que #a teor-a de ,in"tein no era correcta% )ara &ina#ente conc#uir que "- #o era. era. ,"o )eri )eritió tió que ,in"te ,in"tein in y Mi##i< Mi##i
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El Efecto Fotoeléctrico
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,# e&ecto &otoe#'ctrico e" #a ei"ión de e#ectrone" de una "u)er&icie cuando e"ta e" "oetida a #a acción de #a #u+ 6vi"i$#e %in&rarroa % u#travio#eta8
La #u+ incidente e" una corriente de cuanto" de energ-a en &ora de )art-cu#a" ##aada" &otone"% cada una con energ-a hf y con igua# )ro$a$i#idad de e)u#"ar un e#ectrón% cuando una onda de #u+ incidente entrega un cuanto de energ-a a un e#ectrón % una -nia cantidad B e" u"ada )ara e"ca)ar de# eta#% a"i que #o" e#ectrone" eergen con un rango de enrg-a cin'tica.@uantitativaente e"
?n arreg#o e)erienta# )ara e"tudiar e# e&ecto con"i"te de do" )#aca" et!#ica" )ara#e#a" dentro de una $ote##a a #a que "e #e *a )racticado vac-o. ,"ta" )#aca" "on conectada" a un a)er-etro y a una $ateria con un )otencioetro que )erite no "ó#o variar e# )otencia# entre #a" )#aca" "ino ade!" "u "igno. ,# e)eriento "e ##eva a ca$o i#uinando #a "u)er&icie de# c!todo 6ei"or8% y coo re"u#tado "e ide una )eque>a corriente e#'ctrica en e# a)er-etro.
Las Aplicaciones Fotoeléctrico
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del
Efecto
La" a)#icacione" #a" encontrao" en @aara"% en e# di")o"itivo que go$ierna #o" tie)o" de e)o"iciónC en detectore" de oviientoC en e# a#u$rado )($#icoC coo regu#ador de #a cantidad de toner en #a !quina" co)iadora"C en #a" ce#da" "o#are" uy (ti#e" en "at'#ite"% ca#cu#adora"% y re#oe". La" a)#icacione" #a" encontrao"% ta$i'n% cuando a"i"tio" a una &unción de cine ya que e# audio que e"cuc*ao" e" )roducido )or "e>a#e" e#'ctrica" que "on )rovocada" )or #o" ca$io" de inten"idad de #a #u+ a# )a"ar )or #a )i"ta "onora que viene en #a cinta cineatrogr!&ica.Ade!" ta$i'n "e a)#ica en #o" a#co*o#-etro"E en donde #a reacción de# a#co*o# con una "u"tancia de )rue$a )rovoca ca$io" de co#or #o" cua#e" "on edido" )or e# di")o"itivo% #a #ectura no" )erite entonce" "a$er #a concentración de a#co*o# en e# individuo.
@uidado"o" e)eriento" de ert+ y otro" )or !" de a>o" reve#aron varia" caracter-"tica" i)ortante" "o$re e# e&ecto &otoe#'ctrico •
La energ-a de #e" e#ectrone" e)u#"ado" )or #a #u+ de &recuencia & e" )ro)orciona# a #a di&erencia de &recuencia" && 0.
La ta"a de ei"ión de e#ectrone" e" )ro)orciona# a #a inten"idad de #a #u+. La energ-a de #o" e#ectrone" e)u#"ado" e" inde)endiente de #a inten"idad de #u+.
Sin e$argo "e *ara en&!"i" en un )ar de a)#icacione" #a" ce#da" &otovo#taica"% #o" &otou#ti)#icadore" y #o" "en"ore" &otoe#'ctrico
ara cua#quier eta# dado% a*i una &recuencia -nia & 0 de #u+ que )uede e)u#"ar e#ectrone". 2
eitan !" e#ectrone"% "eguido de e#ectrodo" en&ocadore" y un u#ti)#icador de e#ectrone" 6d-nodo"8 % unto con un co#ector de e#ectrone" 6!nodo8 en un tu$o a# vac-o. @uando #a #u+ incide "o$re e# &otoc!todo e"te eite e#ectrone" % #o" cua#e" "e en&oncan *acia #o" dinodo" % que )roducen una ei"ión "ecundaria de un n(ero ayor de e#ectrone" a# c*ocar #o" )riero" contra e"to"% a"- "on u#ti)#icado"% a# ##egar a# !nodo "e o$tiene #a "e>a# de "a#ida u"ada )ara )roducir #a re")ue"ta. Lo" &otou#ti)#icadore" "e u"an )rinci)a#ente en contro# de )roce"o" indu"tria#e" de$ido a "u a#ta "en"i$i#idad
Sensores Fotoeléctricos
Lo" "en"ore" &otoe#'ctrico" "on di")o"itivo" e#ectrónico que re")onde a# ca$io en #a inten"idad de #a #u+% "e va#en de# e&ecto &otoe#'ctrico )ara que cuando incida #a #u+ e)u#"en e#ectrone" de "u" ateria#e" que tienen una $aa B% o &unción de tra$ao )ara )eritir que "e eitan !" e#ectrone" y que e"to" generen una corriente e#'ctrica )or edio de un tran"ductorC cuando *ay un ca$io en #a inten"idad de #a #u+ di"inuye #a ta"a de ei"ión de e#ectrone" y de igua# anera #a corriente e#'ctrica generada y e"te ca$io )uede "er detectado. ,"to" "en"ore" "on )rinci)a#ente u"ado" coo "en"ore" de )re"encia % coo )or ee)#o en a"cen"ore" y )uerta".. ,n #a )uerta de un a"cen"or )or ee)#o% un rayo incide "o$re una c'#u#a &otoe#'ctrica "ituada a# otro #ado. @uando "e interru)e e# rayo #a c'#u#a no conduce y e# rie# conectado a e##a conuta de )o"ición vo#viendo a #a antigua coneión.
Esquema sistema Fotomultiplicador
Celdas Fotovoltaica
La" ce#da" &otovo#taica" "on una de #a" a)#icacione" !" i)ortante" de# e&ecto &otoe#'ctrico% )ue" "on #o" di")o"itivo" di"e>ado" )ara )roveer una corriente e#'ctrica a e"ca#a *ogar y re)re"entan una de #a" a#ternativa" a# u"o de #o" co$u"it$#e" &ó"i#e" )ara o$tención de energ-a.
Sensores más característicos
Foto multiplicadores
La #u+ "o#ar e"t! co)ue"ta )or &otone"% o )art-cu#a" energ'tica". ,"to" &otone" "on de di&erente" energ-a"% corre")ondiente" a #a" di&erente" #ongitude" de onda de# e")ectro "o#ar. @uando #o" &otone" inciden "o$re una c'#u#a F% )ueden "er re&#eado" o a$"or$ido"% o )ueden )a"ar a "u trav'". Hnicaente #o" &otone" a$"or$ido" generan e#ectricidad. @uando un &otón e"
Se ##aa &otou#ti)#icador a un ti)o de detector ó)tico de vac-o que a)rovec*a e# e&ecto de ei"ión "ecundaria de e#ectrone" )ara re")onder a nive#e" uy $ao" de i#uinación. @on"i"te de un c!todo &otoei"ivo 6&otoc!todo8 con"i"tente de eta#e" a#ca#ino" con &uncione" de tra$ao $aa"% )ara que a"- "e 3
a$"or$ido% #a energ-a de# &otón "e tran"&iere a un e#ectrón de un !too de #a c'#u#a. @on e"ta nueva energ-a% e# e#ectrón e" ca)a+ de e"ca)ar de "u )o"ición nora# a"ociada con un !too )ara &orar )arte de una corriente en un circuito e#'ctrico. I5J
ti)o n8 )ara &orar un ca)o e#'ctrico% )o"itivo en una )arte y negativo en #a otra. @uando #a #u+ "o#ar incide en #a c'#u#a "e #i$eran e#ectrone" que )ueden "er atra)ado" )or e# ca)o e#'ctrico% &orando una corriente e#'ctrica. ," )or e##o que e"ta" c'#u#a" "e &a$rican a )artir de e"te ti)o de ateria#e"% e" decir% ateria#e" que act(an coo ai"#ante" a $aa" te)eratura" y coo conductore" cuando "e auenta #a energ-aI5J
La" ce#da" "o#are" e"t!n *ec*a" de #a i"a c#a"e de ateria#e" "eiconductore"% ta#e" coo e# "i#icio% que "e u"an en #a indu"tria icroe#ectrónica. ara #a" ce#da" "o#are"% una de#gada rei##a "eiconductora e" e")ecia#ente tratada )ara &orar un ca)o e#'ctrico% )o"itivo en un #ado y negativo en e# otro. @uando #a energ-a #uino"a ##ega *a"ta #a ce#da "o#ar% #o" e#ectrone" "on go#)eado" y "acado" de #o" !too" de# ateria# "eiconductor. Si )oneo" conductore" e#'ctrico" tanto de# #ado )o"itivo coo de# negativo de #a rei##a% &orando un circuito e#'ctrico% #o" e#ectrone" )ueden "er ca)turado" en &ora de una corriente e#'ctrica% e" decir% en e#ectricidad. La e#ectricidad )uede entonce" "er u"ada )ara "uini"trar )otencia a una carga% )or ee)#o )ara encender una #u+ o energi+ar una *erraienta.I4J
. Conclusiones
,# e&ecto &otoe#'ctrico re)re"enta #a co)ren"ión de #a natura#e+a dua# de #a #u+ y )erite a)rovec*ar e"a caracter-"tica )ara "u uti#i+acion )r!ctica. or edio de #a creacion de di"tinto" di")o"itivo" que no "o#o "e encuentran en #a indu"tria o en #a ciencia avan+ada "i no que ta$i'n *acen )arte de nue"tra vida cotidiana% coo #a" caara" &otogr!&ica" % #o" a"cen"ore"% e inc#u"o #o" a#co*o#-etro"E. or otra )arte e"te e" un ece#ente ee)#o de# )or que "e de$e incentivar #a inve"tigación y e# de"arro##o % )ue" de de"cu$riiento" que en un )rinci)io no tienen uti#idad % "e #ogran grande" #ogro" y avance" tecno#ógico" con "u con"ecuente eora en #a ca#idad de vida de #o" "ere" *uano". Biblioraf!a IJ*tt)KK.a"tro.inin.KarKteac*ingKFi"icaM oderna2005Ke&ecto&otoe#ectrico.)d&
I2J*tt)KK.&i"ica.u*.cuK$i$virtua#K&i"icaa)#ica daK&i"icaKte
I3J?=O,%Po*n. *y"ic" /*e Nature o& /*ing". roo<"K@o#e.
La" )arte" !" i)ortante" de #a c'#u#a "o#ar "on #a" ca)a" de "eiconductore"% ya que e" donde "e crea #a corriente de e#ectrone". ,"to" "eiconductore" "on e")ecia#ente tratado" )ara &orar do" ca)a" di&erenteente do)ada" 6ti)o ) y
I4J*tt)KKciencia.na"a.govK*ead#ine"Ky2002K"o#arce ##"")ani"*A.*t I5J*tt)KK.ena#e.coKdoc)d&K#i$roKc*03.)d& .)d& 4
