Descripción de la tarea

Estatua de Albert Einstein en el Parque de las Ciencias de Granada.

Fotografía de Frobles en Wikimedia Commons. Licencia CC

¿Quieres descubrir cuánto influyen en nuestra vida cotidiana los descubrimientos de Albert Einstein? En este artículo de "El País" puedes encontrar muchos de ellos. Te recomendamos que lo leas aunque no es imprescindible para realizar esta tarea. En ella vas a estudiar un efecto que Einstein explicó y que es la base del funcionamiento de las células fotoeléctricas que detectan la presencia de objetos, impiden el cierre de la puerta de un ascensor mientras estamos pasando o hace que se abra una puerta por la que queremos pasar sin más que ponernos delante de ella.  

Para realizar esta tarea vamos a utilizar una animación de la web PhET Simulations de la Universidad de Colorado. Haz clic aquí para descargar la animación. Una vez descargada haz doble clic sobre el archivo descargado para ejecutarla en tu navegador.

Elige en la esquina superior derecha de la animación un metal cualquiera de los cinco que te ofrecemos. 

1. Manipula la animación variando la longitud de onda de la luz incidente y rellena la siguiente tabla con datos y observaciones. Procura encontrar la longitud de onda a partir de la cual hay emisión de electrones. La emisión de electrones se produce para… ¿longitudes de onda grandes o pequeñas? ¿Para frecuencias grandes o pequeñas? 

Metal:

Longitud de onda(nm)
Intensidad de la luz	100%	100%	100%	100%	100%	100%	100%	100%	100%
Diferencia de potencial aplicada (V)	0	0	0	0	0	0	0	0	0
¿Hay emisión de electrones?

2. ¿Qué explicación da Einstein a este hecho? ¿Qué son los fotones? ¿Qué expresión permite determinar su energía? ¿Todos los fotones de un haz con una determinada frecuencia tienen la misma energía?

3. Define qué es la longitud de onda de corte y la frecuencia umbral y el trabajo de extracción.Determina con la animación el valor de estas tres magnitudes en tu caso.

4. Escoge ahora una longitud de onda en un valor que permita la emisión de electrones del metal. Anótala y haz variar la intensidad de la luz desde 0 al 100%.  ¿Qué intensidad de corriente se mide al variar la intensidad del haz luminoso? Anota tus resultados en la siguiente tabla. ¿Qué ocurre con la cantidad de electrones arrancados? ¿Se puede afirmar que a mayor intensidad de la luz el número de electrones arrancados aumenta? ¿A qué es debido?

Metal:

Longitud de onda:

 

Intensidad de la luz	0%	20%	40%	60%	80%	100%
Corriente(A)

5. ¿Cuál es el valor de la frecuencia y de la energía de los fotones incidentes para esa longitud de onda?¿En qué se transforma la energía de los fotones incidentes? Realiza un balance de energía y determina el valor de la energía cinética de los electrones arrancados para el metal escogido.

6. Para determinar de forma experimental la energía cinética máxima de los electrones arrancados podemos usar un campo eléctrico contrario a la marcha de los electrones. Con la misma longitud de onda de la luz incidente elegida anteriormente, aplica potenciales de frenado (negativo) hasta que consigas anular la intensidad de corriente medida por el amperímetro. Para obtener el valor justo deberás intentar detener los electrones cuando estén a punto de llegar al cátodo. ¿Cuánto vale dicho potencial? Anota tus resultados en la siguiente tabla. 

Metal:

Longitud de onda:

 

Intensidad de la luz	100%	100%	100%	100%	100%	100%
Voltaje de frenado(V)	0
Corriente(A)

7. Durante el frenado de los electrones su energía cinética se ha transformado en energía potencial eléctrica. Recuerda que la energía potencial eléctrica es igual al producto de la carga, en este caso del electrón, por el potencial eléctrico. A partir del potencial de frenado aplicado, calcula la energía cinética máxima de los electrones arrancados. ¿Coincide con la que has obtenido en el resultado del apartado 7?

8. ¿Los electrones emitidos son partículas u ondas? En caso afirmativo de que se comporten como ondas, ¿puedes calcular su longitud de onda? Ten en cuenta que puedes determinar su velocidad a partir de la energía cinética calculada anteriormente.

9. Busca información en los contenidos sobre el principio de incertidumbre de Heisenberg y explícalo brevemente. ¿Tiene alguna consecuencia este principio en las posiciones y velocidades de los objetos de nuestra vida cotidiana? ¿Por qué?

10. Si conocemos con una precisión del 0,001% la velocidad de uno de los electrones emitidos por el metal, ¿con qué precisión se conocerá su posición?

Constantes:

• Constante de Planck: 6.63x10^-34 J·s
• Velocidad de la luz en el vacío: 3·10⁸ m/s
• Carga del electrón: -1.60·10^-19 C
• Masa del electrón: 9.11·10^-31 kg

Recuerda nombrar el archivo del siguiente modo: Apellido1_Apellido2_Nombre_FI2_Tarea_6_3.

Puedes utilizar este documento como plantilla para resolver tu tarea.