Bitácora Fotoconductividad (1)

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Bitácora Fotoconductividad 
 
I. Objetivos: 
⋇ El objetivo principal del proyecto es caracterizar el comportamiento de un fotorresistor. 
⋇ Medir la corriente mientras se mantiene un voltaje constante y se varía la irradiancia. 
⋇ Medir la corriente mientras se mantiene una irradiancia constante y se varía el voltaje. 
 
II. Montaje Experimental: 
 
Para el desarrollo de la práctica Fotoconductividad se implementa el montaje ilustrado en la 
figura 1. Se usan dos fuentes, figura 1, a y j; dos multímetros digitales, figura 1, b y c; una 
fotorresistencia, figura 1, d; un lente focal, figura 1, e; dos polarizadores, figura 1, f y g; una 
rejilla ajustable, figura 1, h; y una lámpara, figura 1, i. 
 
Figura 1. Montaje Doble Rendija. El montaje consiste en una fuente (a) que alimenta la foto-
resistencia; un multímetro digital (b) que mide la corriente; un multímetro digital (c) que mide 
el voltaje; una fotorresistencia (d); un lente focal (e) que concentra la luz sobre la foto-
resistencia; dos polarizadores (f y g); una rejilla ajustable (h) que permite ajustar la intensidad 
de la luz incidente, una lámpara (i) que emite la luz; y una fuente (j) que alimenta la lámpara. 
Después de implementar el montaje, se inicia el procedimiento experimental. Este consiste 
en tomar valores de la fotocorriente para diferentes valores de voltaje y ángulos de 
polarización, con el fin de analizar la fotocorriente en función del voltaje a irradiancia 
constante y la fotocorriente como función de la irradiancia a voltaje constante. Para esto, se 
tomaron mediciones de corriente variando el voltaje desde 20 V hasta cero en intervalos de 
1 V. Antes de iniciar esta medición se debe medir la fotocorriente para cada voltaje generada 
por luz residual, lo cual se realizó apagando la lámpara y tomando la medida de corriente 
correspondiente. Finalmente, para cada uno de estos voltajes se varió el ángulo de uno de los 
polarizadores de 10 a 90 grados en intervalos de 10 grados, mientras el otro se dejaba con un 
ángulo constante, para generar el desfase deseado. 
 
III. Marco Teórico: 
La fotoconductividad es un fenómeno caracterizado por el aumento de la conductividad 
eléctrica con la incidencia de la luz. En aislantes, los orbitales electrónicos se encuentran 
relativamente alejados; por ello, un rayo de fotones puede proveer la energía necesaria para 
facilitar el flujo de electrones en el material. 
A su vez, el fotoefecto en los materiales permite modificar la concentración de “huecos” y 
electrones libres, ambos casos portadores de carga eléctrica, positiva y negativa 
respectivamente (es necesario aclarar que un “hueco” no es propiamente carga positiva que 
se desplaza por el material, sino ausencia de carga negativa, la cual se asocia a una corriente 
𝐼 conforme su posición varía en el material. De esta forma, el cambio en conductividad es 
dado por: 
Δ𝜎 = 𝑒(Δ𝑝𝜇𝑝 + Δ𝑛𝜇𝑛) 
Donde 𝑒 es la carga fundamental, Δ𝑝 es el cambio de concentración de huecos, 𝜇𝑝 es la 
movilidad de los huecos, Δ𝑛 es el cambio de concentración de electrones y 𝜇𝑛 es la movilidad 
de los electrones. 
Cuando incide luz sobre la resistencia, hay una fotocorriente 𝐼 asociada a la intensidad de la 
luz según la siguiente relación: 
𝐼 =
𝐴
𝐷
Δ𝜎𝑈 
Donde 𝐴 es el área de la sección transversal del camino, 𝐷 es la distancia entre los electrodos, 
Δ𝜎 es el cambio de conductividad expresado en la ecuación anterior y 𝑈 es el voltaje en el 
sistema. Dicha fotocorriente depende asimismo de la irradiancia, la cual es controlada en el 
experimento a través de dos polarizadores lineales. Según la ley de Malus, 
Φ = Φ0𝐷 cos
2(𝜃), por lo que se espera un comportamiento sinusoidal de la fotocorriente con 
respecto al ángulo entre los polarizadores (Mejía y Berrío, 2021) 
Las bandas de los conductores son regiones energéticas por encima del nivel de valencia. En 
dichas bandas, los electrones fluyen como corriente eléctrica. Este es el caso de las bandas de 
conducción. Las bandas de valencia son, como su nombre lo indica, regiones en el último nivel 
de energía a través de las cuales puede haber flujo de carga eléctrica. 
A su vez, las movilidades 𝜇 se refieren a la velocidad a la que se desplaza un electrón o hueco 
en presencia de campo eléctrico. 
Para este experimento es prudente asimismo conocer acerca de propiedades de ondas 
electromagnéticas, como la irradiancia. Esta se define como el promedio temporal de la 
potencia de la onda por unidad de área y es dada por el teorema de Poynting. Asimismo, a las 
ondas electromagnéticas se les puede asociar polarización. Esto es un fenómeno propio de 
ondas transversales, pues se refiere a la fase entre la onda eléctrica y la onda magnética, la 
cual da lugar a patrones lineales, cirulares o elípticos, dependiendo de la diferencia de fase 
entre las ondas. 
IV. Análisis preliminar: 
 
Análisis 
 
Figura1: Gráfica relacionada al cambio de la fotocorriente en función del cambio en los valores de los 
ángulos de los polarizadores usados durante el experimento. Cada trazo corresponde a un voltaje 
constante entre 20 y 0 voltios, además, de que cada uno tiene tendencia conjunta a converger en 
punto límite diferente a uno igual o ser cero. 
A partir de los datos obtenidos durante el experimento es posible apreciar la tendencia conjunta en 
cuanto al comportamiento de la corriente en función del ángulo bajo voltaje constante para cada 
conjunto de datos. Así mismo, es posible apreciar que a medida que la corriente disminuye con 
relación al cambio de la irradiancia y el ángulo, los valores tenderán a reducirse proporcionalmente a 
la magnitud del voltaje suministrado. Adicionalmente es posible apreciar que el punto mínimo es 
exacto a la fotocorriente del ambiente. 
 
Referencias 
J. R. Mejía y N. Berrío. Física moderna: Guías de laboratorio. Departamento de Física, página 3, 
2021.