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Guia de problemas de fisica iii
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Guia de problemas de fisica iii

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  • 1. GUIA DE PROBLEMAS DE FISICA III Efecto FotoeléctricoProblema 1)La función trabajo para el tungsteno es 4,58 eVa) encontrar la frecuencia umbral y la longitud de onda para el efecto fotoeléctrico,b) encontrar la máxima energía cinética de los electrones si la longitud de onda de la luz incidente es 200 nm,c) reiterar para λ=250 nm.Problema 2)Cuando la luz de longitud de onda 300 nm incide sobre un cátodo de potasio, la máxima energíade los electrones emitidos es 2,03 eV.a) ¿ Cuál es la energía del fotón incidente?,b) ¿Cuál es la función trabajo del potasio?,c) ¿Cuál será la energía cinética máxima de los electrones si la luz incidente tiene una longitud de onda de 430 nm?,d) ¿Cuál es la longitud de onda umbral para el efecto fotoeléctrico en una superficie de potasio?Problema 3)La longitud de onda umbral en el efecto fotoeléctrico para la plata es 262 nm.a) Encontrar la función trabajo para la plata.b) Encontrar la máxima energía de los electrones si la radiación incidente tiene una longitud de onda de 175 nm.Problema 4)La función trabajo del cesio es 1.9 eV.a) Encontrar la frecuencia umbral y la longitud de onda en el efecto fotoeléctrico.Encontrar la energía cinética máxima de los electrones si la longitud de onda de la luz incidentees:b) 250 nm,c) 350 nm.Problema 5)Cuando una superficie es iluminada con luz de longitud de onda de 512 nm, la máxima energíacinética de los electrones emitidos es 0.54 eV. ¿Cuál será la energía cinética máxima si lasuperficie es iluminada con luz de longitud de onda de 365 nm.Problema 6La energía de extracción del litio es de 0,37.10-18 J. Al iluminar el litio con luz de 6,3.1014 Hz seemiten electrones, con lo que la placa de metal se carga con un potencial cada vez mayor.Calcula:a) La longitud de onda umbral. Sol: λ = 538 nmb) El potencial que debe adquirir la placa para que cese la fotoemisión de electrones.Sol: V = 0,30 V
  • 2. Problema 7Sobre una superficie de cesio incide un haz de 2 mW de luz monocromática, de longitud deonda 456 nm. Si el trabajo de extracción del cesio es 2 eV, determina la intensidad de corrientede electrones que se libera suponiendo que el 0,40 % de los fotones emiten electrones.Sol: 2,93 μAProblema 8La longitud de onda máxima que produce efecto fotoeléctrico en el tungsteno es de 230 nm. Sise ilumina una superficie de este metal con 1 mW de luz de longitud de onda 180 nm,determinar la intensidad de corriente electrónica que se libera y el potencial de detenciónnecesario para anular esta corriente. Suponer un rendimiento en la extracción de electrones del0,5%. Sol: 0,72 μA; 1,5 VProblema 9Se ilumina una superficie metálica con luz de longitud de onda 1/3 μm y emite electronesque pueden detenerse con un potencial retardador de 0,60 V. Si la longitud de onda de la luz sereduce a 0,238 μm, el potencial necesario para detener los electrones emitidos es de 2,1 V.Determinar el trabajo de extracción del metal. Sol: 3,1 eVProblema 10Una radiación de longitud de onda de 546 nm penetra en una célula fotoeléctrica de cátodo decesio. Si la energía de extracción en el cesio es de 2 eV, calcula:a) La longitud de onda umbral del cesio. Sol: λ = 622 nmb) El momento lineal de los fotones de la luz incidente. Sol: 1,21.10-27 kg m/sc) La energía cinética y la velocidad de los electrones emitidos.Sol: Ec = 4,43.10-20 J ; v = 3,12.105 m/sd) La velocidad con que llegan los electrones al ánodo si se aplica una diferencia de potencial de100 V. Sol : v’ = 5,94.106 m/sProblema 11Un haz luminoso monocromático de 4.10-7 m de longitud de onda incide sobre un materialcuya energía de extracción es de 2 eV. El haz tiene una intensidad de 3,0.10-9 W m-2. Sisuponemos que por cada fotón que incide sobre el material se produce un electrón, calcula:a) La longitud de onda de los electrones emitidos. Sol: 1,17.10-9 mb) El número de electrones emitidos por metro cuadrado y segundo. Sol: 6,0.109electrones/mProblema 12Se ilumina un metal con radiación de cierta longitud de onda. Si el trabajo de extracción es de 3eV y la diferencia de potencial que hay que aplicar para que no lleguen los electrones al cátodoes de 2 V calcula:a) La velocidad máxima de los electrones emitidos.b) La longitud de onda de la radiación incidente.c) La frecuencia umbral para extraer electrones de este metal.d) ¿Qué potencial será necesario para detener los electrones si la frecuencia de la radiación seduplica?
  • 3. Problema 13Si la energía de extracción de un metal debida al efecto fotoeléctrico es de 3,7 eV, determine:a) La velocidad máxima con que son emitidos los electrones de la superficie del metal cuandoincide sobre ella una radiación UV (ultravioleta) de una longitud de onda de 300 nmb) La máxima longitud de onda que tiene que tener dicha radiación, para que sean emitidos loselectrones del metal.Problema 14El umbral fotoeléctrico para cierto metal es de 2,9 eV. Determinea) La frecuencia a partir de la cual un haz de luz podrá arrancar electrones de ese material.b) La energía cinética máxima, expresada en julios, que podrán tener los electrones arrancadospor otro haz cuya longitud de onda sea 2. 10-7 m.Problema 15Si el trabajo de extracción de la superficie de un determinado material es de E = 2,07 eV:a) ¿En qué rango de longitudes de onda del espectro visible puede utilizarse este material encélulas fotoeléctricas? Las longitudes de onda de la luz visible están comprendidas entre 380nm y 775 nmb) Calcule la velocidad de extracción de los electrones emitidos para una longitud de onda de400 nmProblema 16Sobre la superficie del potasio incide luz de 6.10-8 m de longitud de onda. Sabiendo que lalongitud de onda umbral para el potasio es de 7,5 .10-7 m. Calcula :a) El trabajo de extracción de los electrones en el potasio.b) La energía máxima de los electrones emitidos.Problema 17Si se ilumina con luz de λ = 300 nm la superficie de un material fotoeléctrico, el potencial defrenado vale 1,2 V. El potencial de frenado se reduce a 0.6 V por oxidación del material.Determine:a) La variación de la energía cinética máxima de los electrones emitidos.b)La variación de la función de trabajo del material y de la frecuencia umbral.Problema 18Al iluminar una superficie metálica con una longitud de onda λ1 = 207,1x10-9 m, el potencial defrenado de los fotoelectrones es de 2 V., mientras que sí la longitud de onda es λ2 = 248,5x10-9m, el potencial de frenado se reduce a 1 V. Obtenga:a) El trabajo de extracción del metalb) El valor que resulta para la constante de Planck, h, a partir de esta experiencia .Problema 19El cátodo metálico de una célula fotoeléctrica se ilumina simultáneamente con dos radiacionesmonocromáticas: I1 = 228 nm y I2 = 524 nm. El trabajo de extracción de un electrón de éstecátodo es W = 3,40 eV.
  • 4. a) ¿Cuál de las radiaciones produce efecto fotoeléctrico. Razone la respuesta.b) Calcule la velocidad máxima de los electrones emitidos .c) ¿Cómo variaría dicha velocidad al duplicar la intensidad de la radiación luminosa incidente?.Problema 20En un experimento fotoeléctrico se iluminó la placa metálica con una radiación λ1 = 521,8 nmdando un potencial de detención de 0,596 V, mientras que al iluminarla con una radiación de λ2= 656,6 nm, el potencial de detención era de 0,108 V. Calcula:a) La función trabajo del metal.b) La frecuencia umbral.c) La velocidad máxima de los fotoelectrones.Problema 21Al iluminar un metal con luz de frecuencia 2,5.10 15 Hz se observa que emite electrones quepueden detenerse al aplicar un potencial de frenado de 7,2 V . Si la luz que se emplea con elmismo fin es de longitud de onda en el vacío de 1,78.10 -7 m, dicho potencial pasa a ser de 3,8 V.Determine:a) El valor de la constante de Planck.b) La función trabajo ( o trabajo de extracción ) del metal.Problema 22Sobre la superficie del potasio incide luz de 6·10 -8 m de longitud de onda. Sabiendo que lalongitud de onda umbral para el potasio es de 7,5·10-7 m. Calcula:a) el trabajo de extracción de los electrones en el potasio;b) la energía cinética máxima de los electrones emitidos;c) la diferencia de potencial necesaria para frenar completamente la emisión de electronesProblema 23Cuando una superficie de potasio, en el vacío se ilumina con luz amarilla de 5.890 Å se liberanelectrones que necesitan para ser detenidos una d. d. p. de 0.36 V. Cuando la misma superficiese ilumina con luz ultravioleta de 2537 Å , el potencial de frenado de los fotoelectrones es de3.14 V. Sabiendo que la carga del electrón es 1,602·10 -19 Culombios y la velocidad de la luz es2,998·108 m/s. Calcúlese:a) La constante h de Planck;b) El trabajo de extracción del potasio;c) La longitud de onda limite del efecto fotoeléctrico para el potasioProblema 24El trabajo de extracción de electrones para el sodio es de 2,5 eV. Calcula:a) La longitud de onda de la luz incidente para que se arranque un electrón de este material.b) La frecuencia de la radiación para que los electrones salten del sodio con una velocidad de107 m/s .c) La longitud de onda asociada a los electrones que saltan con la velocidad de 107 m/s.Datos: h = 6,63·10-34 Js; c = 3·108 m/s; me =9,11·10-31 kg; 1eV = 1,6·10-19 J.Problema 25
  • 5. Sobre una superficie de sodio, que constituye el cátodo de un dispositivo para emisión deelectrones por efecto fotoeléctrico, se hace incidir una luz monocromática de 4000 de longitudde onda. La función de trabajo (o trabajo de extracción) para el Na vale 2.27 eV. Hallar:a) la energía cinética máximab) el potencial de frenado, Vf [Datos: h = 6.63·10-34 J·s; c = 3·108m/s; 1Å = 10-10m; 1 eV = 1.6·10-19 J]Problema 26Una superficie de níquel, cuyo trabajo de extracción es 5.0 eV, se irradia con luz ultravioleta de200 nm. Calcule:a) La diferencia de potencial que debe aplicarse entre el níquel y un ánodo para detenertotalmente los electrones emitidos.b) La energía con que estos alcanzan el ánodo si la diferencia de potencial aplicada se reduce a1/4 del valor anterior. [Datos: h = 6.63·10m/s; e = 1.6·10-19C]Problema 27Sobre una superficie de potasio incide luz de 500 de longitud de onda (1 =10cm) emitiéndosefotoelectrones. Sabiendo que la longitud de onda umbral para el potasio es de 7500 Å, calcula:a) Eltrabajo de extracción de los electrones en el potasio b) La energía cinética máxima de loselectrones al iluminar con luz de 500 Å [Datos: h = 6.63·10-34 J·s; c = 3·108m/s]Problema 28Una fuente de luz monocromática emite una radiación electromagnética con una longitud deonda: 4.8x10-7m, y con una potencia de 20 w. ¿Cuántos fotones por segundo emite esa fuente?[Dato: h = 6.63·10-34J·s]Problema 29El trabajo de extracción de electrones para el sodio es de 3,12 eV. Calcula:a) La longitud de onda de la luz incidente para que se arranque un electrón de este material.b) La frecuencia de la radiación para que los electrones salten del sodio con una velocidad de234m/s .c) La longitud de onda asociada a los electrones que saltan con la velocidad de 234 m/s.Datos: h = 6,63·10-34 Js; c = 3·108 m/s; me =9,11·10-31 kg; 1eV = 1,6·10-19 JProblema 30La frecuencia de entrada de calcio es 6.5 1014hz. a. ¿Cuál es la función de trabajo de calcio? b. Un electrón voltio (eV) es el trabajo que se necesita para transferir un electrón a través de una diferencia de potencial de un voltio (1eV = 1.6 x 10 -19J). Exprese la función de trabajo de calcio en eVProblema 31Una radiación de luz ultravioleta de 3.500Å de longitud de onda ( 1Å =10-10m) incide sobre unasuperficie de potasio. Si el trabajo de extracción de un electrón del potasio es de 2 e.v. calcula:a) La energía por fotón de la radiación incidente.b) b) La energía máxima de los electrones extraídos.c) c) La velocidad máxima de esos electrones.
  • 6. Problema 32Problema 33La frecuencia umbral del potasio en el efecto fotoeléctrico es 4,5·10 14Hz. Determinar lavelocidad máxima de los electrones emitidos cuando se hace incidir sobre él luz cuya frecuenciaes de 9·1014Hz. h= 6,6·10-34J.s; 1 eV= 1,6·10-19J; c= 3·10m/sProblema 34Una radiación monocromática que tiene una longitud de onda en el vacio de 600 nmts y unapotencia de 0,54W, penetra en una celula fotoeléctrica de catodo de cesio cuyo trabajo de deextracción es 2,0 eV. Determine: a. El numero de fotones por segundo que viajan con la radiación b. La longitud de onda umbral del efecto fotoeléctrico para el cesio c. La energía cinética de los electrones emitidos d. La velocidad con que llegan los electrones emitidos al ánodo si se aplica una diferencia de potencial de 100V
  • 7. Datos: 3Velocidad de la luz en el vacio c=3x10 m/s -19Valor absoluto de la carga del electrón e=1,6x10 C -31Masa del electrón m =9,1x10 Kg e -34Constante de planck h=6,63x10 Js -7longitud de onda en el vacio 𝝀=600 nmts=6x10 mtspotencia de radiación monocromática P=0,54Wtrabajo de de extracción h=2,0Ev1Å (angstrom) =0.0000000001 m Å=1x10 - 1 0 mts
  • 8. Problema 35En un experimento de efecto fotoelectrico en el cual se utiliza luz monocromática y unfotocátodo de sodio, se encuentra un potencial de frenado de 1.85 eV para λ=3000A y 0.82eVpara λ=4000A. A partir de estos datos determinar:a.- Un valor para la constatante de planKb.- la función trabajo en electrovoltiosc.-la longitud de onda umbral para el sodioLISTA DE ALUMNOS Y LOS EJERCICIOS QUE DEBEN ENTREGAR EN FISICO EL DIA LUNES 22 DEOCTUBRE DE 2012 A LAS 2 Y MEDIA PMNº CEDULA 1APELLIDO 2APELLIDO 1NOMBRE 2NOMBRE ejercicios 1 21233245 MARTINEZ MERIUS 3,6,12,17,21 2 21644008 GUTIERREZ JESUS 5,18,22,26,35 3 21119478 RODRIGUEZ RAFAELA 8,10,14,28,31 4 23637704 MEJIA ANGHY 2,11,15,25,32 5 24461003 SOTOMAYOR JANISE 4,9,20,30,34 6 14743853 LANDAETA NICOLAS 1,7,23,27,29 7 23526136 FLORES ANAHIRIS 13,16,19,24,33 8

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