Tarea_2

Nombre: Lucero Flores Pablo Eduardo Tarea:2 EJERCICIOS DE FÍSICA DE SEMICONDUCTORES SEMICONDUCTORES EFECTO FOTOELÉCTRICO 1. Mediciones Mediciones del efecto fotoeléctrico realizadas realizadas con la superficie de un metal particular indican que para luz de 313 nm de longitud de onda el voltaje de extinción es de 0.95 V. Determine la función de trabajo del metal.

==30.139595 =ℎ  =  = ℎ   = 1240  []] 313  10.0.955 = . 

2. Si la función de trabajo del potasio es de 2.24 eV, calcule la rapidez máxima de los fotoelectrones que se desprenden de su superficie limpia, cuando ésta se ilumina con luz de 546 nm.

2  = ℎ   − 6. 6 2610 = 54610310^8 41.1.610− =5.665910− −  2.24 −  5. 6 65910    = 9.1110−22 = √ 1.1.243810 =.   

3. Cuando una superficie limpia de cobre se irradia con radiación ultravioleta de 254 nm, el voltaje de extinción es de 0.181 V. Determine: (a) La frecuencia de umbral para el efecto fotoeléctrico en esta superficie, y la longitud de onda correspondiente. correspondiente. (b) La función de trabajo de la superficie.

ℎ    ; =  = −   310  6. 6 2610 310  = 25410−   1.610−ℎ0.0.18181 =.−[] =ℎ− =  [] ]   = ℎ = 7.6.5636410 =.    − 2610    310  =  = 1.137410 =.−[]

Nombre: Lucero Flores Pablo Eduardo Tarea:2 4. ¿Qué función de trabajo mínima necesitaría tener un metal para poder emitir fotoelectrones al ser irradiado con luz visible, es decir con radiación de entre 400 y 700 nm de longitud de onda? Entre menor sea la longitud de onda de un fotón, mayor es la energía que este posee, de esta forma, si queremos que abarque el rango (400 [nm] - 700 [nm]), entonces la longitud de onda umbral corresponde a λ2 = 700 [nm] Así este metal emitirá para

cualquier fotón en la región visible, más aun cualquier otra función de trabajo por debajo del valor de esta emitirá en el rango visible, pero también lo hará con luz que está ubicada por debajo del espectro visible, por lo que nos centraremos en determinar la mínima función que cumple las características pedidas, para esto recordemos que para la frecuencia umbral se tiene:

 = ℎ   = 0

   = 

    ℎ 4.14x10−[eV∙s]3x108 [ m s ] =  = 700x 10−[m] = . []

Donde  = 2 = 700 [ Despejando  se tiene:

]

5. Al iluminar la superficie de un metal con luz de 546 [nm] de longitud de onda, el voltaje de extinción es de 0.42 [V]. ¿Cuál será el voltaje de extinción si la iluminación tiene una longitud de onda de 492[nm]? Desarrollo Para el fenómeno del efecto fotoeléctrico se cumple:

Kmax = hfumbral  ϕ Kmax1 = hf1  ϕ = λ1hchc  – ϕ ….1 Kmax2 = hf2  ϕ = λ2 – ϕ ….2 hcλ1  Kmax1 = λ2hc   Kmax2     hc hc λ1 eV1= λ2   eV2  V2=V1+ eλ2hc  eλ1hc =V1+ hce (λ21  λ11 ) −  6. 310 6 210 =0.42+ 1.610−  (492101 −  546101 −)=. []

Si tenemos dos eventos diferentes, podemos plantear lo siguiente:

Despejamos ϕ en (1) y (2) e igualamos:

si

1=

1y

despejando 2:

2=

2,

Nombre: Lucero Flores Pablo Eduardo Tarea:2

6. Respuesta del ojo. La sensibilidad del ojo humano es máxima para la luz verde de 505 nm de longitud de onda. Experimentos han demostrado que cuando la gente se mantiene en una habitación oscura hasta que sus ojos se adaptan a la oscuridad, un solo fotón de luz verde dispara las células receptoras en los bastones de la retina. Calcule: (a) La frecuencia de dicho fotón. (b) La energía en Joules y en electrón volts que el fotón entrega a las células receptoras. Para calcular la frecuencia del fotón haremos uso de la relación

  310 =⟹ =  = 50510− =.[] =ℎ=6.626x10−5.}9410=.− []  .. = . []

Conocida la frecuencia del fotón:

La energía en electrón volts:

 =

7. Cierto láser que se utiliza para soldar retinas desprendidas emite luz con una longitud de onda de 652 nm en pulsos de 20.0 ms de duración. La potencia promedio durante cada pulso es de 0.600 W. Determine: (a) La energía en Joules emitida en cada pulso.

P = E t ⟹ E = Pt E =0.600 [W] 20x103 [s] = . []

Potencia: La energía emitida en cada pulso será:

(b) La energía en Joules da cada fotón. Para calcular la energía de cada fotón:

−  6. 3x10 ℎ 6 26x10 foton=  = 652x10−  = .− []

(c) El número de fotones emitidos en cada pulso.

Para calcular el número de fotones emitidos, la energía total es igual a la energía de “N” f otones de longitud de onda de 652 [nm]:

0.012[−J] [ J] = . [] foton=N∗Efoton⟹ N = EfoEton = 3.0488x10

Nombre: Lucero Flores Pablo Eduardo Tarea:2 8. Cierta fuente de luz emite una radiación de 600 nm de longitud de onda, con una potencia de 75 W. Calcule: (a) La frecuencia de la luz emitida: Para calcular la frecuencia del fotón:

  3x10 = ⟹ =  = 60010− =[]

(b) El número promedio de fotones emitidos cada segundo.

P = E t ⟹ E = Pt = 75 [W ∙ s] = 75[ J] foton= hf ⟹ Efoton = 6.626x10−[J ∙ s]5x10 [Hz]  = 3.313x1019 [J] 75 [J−]  [J] = . [] foton=N∗Efoton⟹ N = EfoEton = 3.313x10

Definición de potencia se tiene:

Si la energía de cada fotón de luz con longitud de onda de 600 [nm] es:

La energía total es igual a “N” veces la energía de los fotones: