Una fotocélula real: la función de trabajo del sodio
1 · Predecir
La función de trabajo del sodio es 2.28 eV, correspondiente a una longitud de onda umbral alrededor de 544 nm (luz amarilla-verde). ¿La luz roja (alrededor de 650 nm) expulsaría fotoelectrones del sodio, sin importar cuán brillante sea?
- Sí, si la luz es lo suficientemente brillante.
- Depende de cuánto tiempo brille la luz.
- No: la energía de los fotones de la luz roja está por debajo de la función de trabajo del sodio, por lo que no se expulsan electrones independientemente de su intensidad.
2 · Configurar
- Abra el preajuste de la fotocélula de sodio y presione Restablecer. La función de trabajo del sodio es 2.28 eV.
- Habilite las lecturas del estado de la energía de los fotones y de las fotoemisiones.
- Establezca la longitud de onda de la luz para cada prueba y registre la energía cinética máxima (0 si está por debajo del umbral).
3 · Recopilar Datos
| Longitud de onda λ (nm) | Energía del fotón E_γ (eV) | Energía cinética máxima K_max (eV) |
|---|---|---|
| 450.00 | ||
| 500.00 | ||
| 550.00 |
Grafique K_max (eje y) frente a la longitud de onda λ (eje x) para sus tres pruebas. ¿A qué longitud de onda K_max llega a cero?
4 · Analizar
- Para una prueba, calcule E_γ = hc/λ, luego K_max = max(0, E_γ − φ) usando φ = 2.28 eV. Compare con la tabla: confirme que la prueba de longitud de onda más larga proporcione K_max = 0.
- La longitud de onda umbral del sodio es λ_threshold = hc/φ ≈ 544 nm. Explique por qué cualquier longitud de onda más larga que esta (energía fotónica más baja) nunca puede expulsar un electrón del sodio, sin importar la intensidad de la luz.
5 · Ampliar
- Se eligen diferentes materiales fotovoltaicos para que sus funciones de trabajo se adapten al espectro solar. Explique por qué un material con una función de trabajo demasiado ALTA desperdiciaría la mayor parte de la luz visible del sol en lugar de convertirla en electricidad.
- Este experimento muestra que K_max depende de la longitud de onda (color), no del brillo. ¿Qué propiedad física de la luz SÍ cambia si aumenta el brillo a una longitud de onda fija por encima del umbral?
La física detrás de este experimento
Comportamiento umbral
K_max = max(0, E_γ − φ): por debajo de la función de trabajo, no se emiten fotoelectrones independientemente de la intensidad, un umbral agudo que una imagen de luz puramente clásica (onda) no puede explicar.