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GUIA DE PROBLEMAS DE FISICA III

                                       Efecto Fotoeléctrico


Problema 1)
La función trab...
Problema 7
Sobre una superficie de cesio incide un haz de 2 mW de luz monocromática, de longitud de
onda 456 nm. Si el tra...
Problema 13
Si la energía de extracción de un metal debida al efecto fotoeléctrico es de 3,7 eV, determine:
a) La velocida...
a)          ¿Cuál de las radiaciones produce efecto fotoeléctrico. Razone la respuesta.
b)          Calcule la velocidad m...
Sobre una superficie de sodio, que constituye el cátodo de un dispositivo para emisión de
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Problema 32




Problema 33
La frecuencia umbral del potasio en el efecto fotoeléctrico es 4,5·10 14Hz. Determinar la
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Datos:




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Velocidad de la luz en el vacio           c=3x10 m/s




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Problema 35
En un experimento de efecto fotoelectrico en el cual se utiliza luz monocromática y un
fotocátodo de sodio, se...
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  1. 1. GUIA DE PROBLEMAS DE FISICA III Efecto Fotoeléctrico Problema 1) La función trabajo para el tungsteno es 4,58 eV a) 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 energía de 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 incidente es: b) 250 nm, c) 350 nm. Problema 5) Cuando una superficie es iluminada con luz de longitud de onda de 512 nm, la máxima energía cinética de los electrones emitidos es 0.54 eV. ¿Cuál será la energía cinética máxima si la superficie es iluminada con luz de longitud de onda de 365 nm. Problema 6 La energía de extracción del litio es de 0,37.10-18 J. Al iluminar el litio con luz de 6,3.1014 Hz se emiten 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 nm b) El potencial que debe adquirir la placa para que cese la fotoemisión de electrones. Sol: V = 0,30 V
  2. 2. Problema 7 Sobre una superficie de cesio incide un haz de 2 mW de luz monocromática, de longitud de onda 456 nm. Si el trabajo de extracción del cesio es 2 eV, determina la intensidad de corriente de electrones que se libera suponiendo que el 0,40 % de los fotones emiten electrones. Sol: 2,93 μA Problema 8 La longitud de onda máxima que produce efecto fotoeléctrico en el tungsteno es de 230 nm. Si se 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 detención necesario para anular esta corriente. Suponer un rendimiento en la extracción de electrones del 0,5%. Sol: 0,72 μA; 1,5 V Problema 9 Se ilumina una superficie metálica con luz de longitud de onda 1/3 μm y emite electrones que pueden detenerse con un potencial retardador de 0,60 V. Si la longitud de onda de la luz se reduce 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 eV Problema 10 Una radiación de longitud de onda de 546 nm penetra en una célula fotoeléctrica de cátodo de cesio. Si la energía de extracción en el cesio es de 2 eV, calcula: a) La longitud de onda umbral del cesio. Sol: λ = 622 nm b) El momento lineal de los fotones de la luz incidente. Sol: 1,21.10-27 kg m/s c) La energía cinética y la velocidad de los electrones emitidos. Sol: Ec = 4,43.10-20 J ; v = 3,12.105 m/s d) La velocidad con que llegan los electrones al ánodo si se aplica una diferencia de potencial de 100 V. Sol : v’ = 5,94.106 m/s Problema 11 Un haz luminoso monocromático de 4.10-7 m de longitud de onda incide sobre un material cuya energía de extracción es de 2 eV. El haz tiene una intensidad de 3,0.10-9 W m-2. Si suponemos 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 m b) El número de electrones emitidos por metro cuadrado y segundo. Sol: 6,0.109electrones/m Problema 12 Se ilumina un metal con radiación de cierta longitud de onda. Si el trabajo de extracción es de 3 eV y la diferencia de potencial que hay que aplicar para que no lleguen los electrones al cátodo es 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 se duplica?
  3. 3. Problema 13 Si 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 cuando incide sobre ella una radiación UV (ultravioleta) de una longitud de onda de 300 nm b) La máxima longitud de onda que tiene que tener dicha radiación, para que sean emitidos los electrones del metal. Problema 14 El umbral fotoeléctrico para cierto metal es de 2,9 eV. Determine a) 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 arrancados por otro haz cuya longitud de onda sea 2. 10-7 m. Problema 15 Si 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 en células fotoeléctricas? Las longitudes de onda de la luz visible están comprendidas entre 380 nm y 775 nm b) Calcule la velocidad de extracción de los electrones emitidos para una longitud de onda de 400 nm Problema 16 Sobre la superficie del potasio incide luz de 6.10-8 m de longitud de onda. Sabiendo que la longitud 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 17 Si se ilumina con luz de λ = 300 nm la superficie de un material fotoeléctrico, el potencial de frenado 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 18 Al iluminar una superficie metálica con una longitud de onda λ1 = 207,1x10-9 m, el potencial de frenado de los fotoelectrones es de 2 V., mientras que sí la longitud de onda es λ2 = 248,5x10-9 m, el potencial de frenado se reduce a 1 V. Obtenga: a) El trabajo de extracción del metal b) El valor que resulta para la constante de Planck, h, a partir de esta experiencia . Problema 19 El cátodo metálico de una célula fotoeléctrica se ilumina simultáneamente con dos radiaciones monocromáticas: I1 = 228 nm y I2 = 524 nm. El trabajo de extracción de un electrón de éste cátodo es W = 3,40 eV.
  4. 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 20 En un experimento fotoeléctrico se iluminó la placa metálica con una radiación λ1 = 521,8 nm dando 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 21 Al iluminar un metal con luz de frecuencia 2,5.10 15 Hz se observa que emite electrones que pueden detenerse al aplicar un potencial de frenado de 7,2 V . Si la luz que se emplea con el mismo 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 22 Sobre la superficie del potasio incide luz de 6·10 -8 m de longitud de onda. Sabiendo que la longitud 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 electrones Problema 23 Cuando una superficie de potasio, en el vacío se ilumina con luz amarilla de 5.890 Å se liberan electrones que necesitan para ser detenidos una d. d. p. de 0.36 V. Cuando la misma superficie se ilumina con luz ultravioleta de 2537 Å , el potencial de frenado de los fotoelectrones es de 3.14 V. Sabiendo que la carga del electrón es 1,602·10 -19 Culombios y la velocidad de la luz es 2,998·108 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 potasio Problema 24 El 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 de 107 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. 5. Sobre una superficie de sodio, que constituye el cátodo de un dispositivo para emisión de electrones por efecto fotoeléctrico, se hace incidir una luz monocromática de 4000 de longitud de onda. La función de trabajo (o trabajo de extracción) para el Na vale 2.27 eV. Hallar: a) la energía cinética máxima b) 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 26 Una superficie de níquel, cuyo trabajo de extracción es 5.0 eV, se irradia con luz ultravioleta de 200 nm. Calcule: a) La diferencia de potencial que debe aplicarse entre el níquel y un ánodo para detener totalmente los electrones emitidos. b) La energía con que estos alcanzan el ánodo si la diferencia de potencial aplicada se reduce a 1/4 del valor anterior. [Datos: h = 6.63·10m/s; e = 1.6·10-19C] Problema 27 Sobre una superficie de potasio incide luz de 500 de longitud de onda (1 =10cm) emitiéndose fotoelectrones. Sabiendo que la longitud de onda umbral para el potasio es de 7500 Å, calcula: a) El trabajo de extracción de los electrones en el potasio b) La energía cinética máxima de los electrones al iluminar con luz de 500 Å [Datos: h = 6.63·10-34 J·s; c = 3·108m/s] Problema 28 Una fuente de luz monocromática emite una radiación electromagnética con una longitud de onda: 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 29 El 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 de 234m/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 J Problema 30 La 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 eV Problema 31 Una radiación de luz ultravioleta de 3.500Å de longitud de onda ( 1Å =10-10m) incide sobre una superficie 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. 6. Problema 32 Problema 33 La frecuencia umbral del potasio en el efecto fotoeléctrico es 4,5·10 14Hz. Determinar la velocidad máxima de los electrones emitidos cuando se hace incidir sobre él luz cuya frecuencia es de 9·1014Hz. h= 6,6·10-34J.s; 1 eV= 1,6·10-19 J; c= 3·10m/s Problema 34 Una radiación monocromática que tiene una longitud de onda en el vacio de 600 nmts y una potencia de 0,54W, penetra en una celula fotoeléctrica de catodo de cesio cuyo trabajo de de extracción 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. 7. Datos: 3 Velocidad de la luz en el vacio c=3x10 m/s -19 Valor absoluto de la carga del electrón e=1,6x10 C -31 Masa del electrón m =9,1x10 Kg e -34 Constante de planck h=6,63x10 Js -7 longitud de onda en el vacio 𝝀=600 nmts=6x10 mts potencia de radiación monocromática P=0,54W trabajo de de extracción h=2,0Ev 1Å (angstrom) =0.0000000001 m Å=1x10 - 1 0 mts
  8. 8. Problema 35 En un experimento de efecto fotoelectrico en el cual se utiliza luz monocromática y un fotocátodo de sodio, se encuentra un potencial de frenado de 1.85 eV para λ=3000A y 0.82eV para λ=4000A. A partir de estos datos determinar: a.- Un valor para la constatante de planK b.- la función trabajo en electrovoltios c.-la longitud de onda umbral para el sodio LISTA DE ALUMNOS Y LOS EJERCICIOS QUE DEBEN ENTREGAR EN FISICO EL DIA LUNES 22 DE OCTUBRE DE 2012 A LAS 2 Y MEDIA PM Nº 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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