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Efecto fotoeléctrico
Johan García*
Universidad de los Andes, Bogotá, Colombia.
(Dated: 21 de febrero de 2022)
Este informe hace uso del efecto fotoeléctrico como una herramienta con el fin de hallar la constante
de Planck y la energía de los fotones incidentes sobre una lámina metálica de una celda fotoeléctrica
para diferentes colores o longitudes de onda. El desarrollo de este proceso se plantea por medio
de un montaje experimental que consta de herramientas e instrumentos específicos disponibles no
sólo en la Universidad de los Andes sino en varios lugares con precios en su mayoría accesibles y de
múltiples utilidades. Los datos obtenidos durante la realización de este experimento se logran ajustar
linealmente por medio de programas como Excel, con estimaciones de incertidumbres no mayores
a 10−3. Finalmente, se obtuvo un valor para la constante de Planck de h = (2 ± 0,5) × 10−34 J s
y voltajes de frenado para los colores amarillo, azul, rojo y verde de (0.5530± 0.001)V, (0.6270±
0.001)V, (0.3710± 0.001)V y (0.5390± 0.001)V respectivamente.
I. INTRODUCCIÓN
El efecto fotoeléctrico ha sido un importante expe-
rimento que ha permitido dar constancia y evidencia
sobre la existencia de los paquetes de luz o fotones. Es-
te planteamiento teórico fue propuesto por el físico ale-
mán Albert Einstein en 1905, mientras que la visualiza-
ción experimental fue descubierta por el también físico
alemán Heinrich Hertz en 1887. El efecto fotoeléctrico
tiene múltiples aplicaciones en la industria y en la in-
vestigación científica puesto que este suceso se trata de
una forma de interacción de la materia por medio de
la radiación, lo cual es aplicable a varias áreas del co-
nocimiento como la medicina. Adicionalmente, el efecto
fotoeléctrico fue uno de los primeros fenómenos que lo-
graron ser explicados a través de modelos cuánticos, en
vista de que las predicciones clásicas no lograban des-
cribir las observaciones. Un ejemplo es, el caso de dife-
rencia de potencial generada entre dos placas metálicas
conectadas por una batería después de que incida luz
en ella, la teoría ondulatoria clásica del electromagne-
tismo de Maxwell hacía una serie de predicciones que
no corresponderían a las observaciones.[6](Tomado de
Bitácora 1) Consecuentemente a lo anterior, Einstein
intentó brindar una explicación y descripción, la cual
le hizo merecedor del premio Nobel de física en 1921,
esta era un modelo teórico el cual postulaba que la luz
se comporta eventualmente como onda y partícula en
simultaneidad[4], y la cual tiene energía calculable si-
guiendo las siguientes ecuaciones:
ν =
c
λ
(1)
E = qVf = hν − ϕ[2] (2)
* Correo institucional: je.garciab1@uniandes.edu.co
h, es la constante de Planck.
ν, es la frecuencia incidida.
λ, es la longitud de onda.
Vf , es la velocidad o voltaje de frenado.
q, es la carga.
c, es la velocidad de la luz en el vacío.
ϕ, es el trabajo opuesto al movimiento.
El planteamiento del efecto fotoeléctrico consiste en
incidir luz con una longitud de onda determinada sobre
una superficie de material con fotosensibilidad, prefe-
riblemente metálico. La interacción de este haz de luz
producirá la emisión de un electrón, el cual contará con
una energía cinética relacionada con el movimiento de
emisión y la frecuencia del haz de luz, pero no con la
intensidad de la luz incidida. [3]
II. MONTAJE EXPERIMENTAL
Primero, se procede a comprobar el correcto funcio-
namiento de la celda fotoeléctrica(D)1 interrumpiendo
el ingreso de luz para producir variación sobre la aguja
del micro-amperímetro(F)1. Luego, ajustar el cero en el
micro-amperímetro, previamente desenchufado, oprimir
el botón rojo y girar la perilla hasta ubicar la aguja en
cero. Sobre la fotocelda poner una de las caperuzas(E)1
y conectar los respectivos LEDs. Fijar 2 Voltios en la
fuente(A)1, encenderla y variar por medio del poten-
ciómetro(C)1 la resistencia con la cual la corriente es
emitida y el voltaje transportado hacia cada una de las
caperuzas, medir en el multímetro(B)1 el cambio de los
valores de las variables anteriormente mencionadas en
intervalos de 0,5 amperios. Finalmente, continuar con
la toma de datos hasta llegar el voltaje de frenado para
las diferentes caperuzas.
mailto:je.garciab1@uniandes.edu.co
2
Figura 1. Estos son los instrumentos que permiten desarro-
llar los objetivos del experimento: Caperuzas de diferentes
colores (E), cada caperuza es un casco que emite un color, es
decir, una longitud de onda; celda fotoeléctrica(D), es el ins-
trumento el cual recibe cada una de las longitudes de onda
y frecuencias de los haces de luz emitidos por las caperu-
zas de colores; la fuente de voltaje (A), permite variar el
voltaje con el fin de cambiar el potencial hasta llegar a la
velocidad de frenado esperada para cada longitud de onda;
potenciómetro(C), lograba variar la potencia con la cual se
incidía la luz de las caperuzas sobre la fotocelda, esto con
la intención de disminuir la resistencia con la cual el voltaje
era conducido. Multímetro(B), permitía visualizar la varia-
ción de los nuevos voltajes cada vez que el potenciómetro era
girado; Micro-amperímetro(F), permitía visualizar la inten-
sidad incidida por la corriente de cada color sobre la celda
fotoeléctrica, esto medido en magnitud de Amperios.
III. RESULTADOS Y ANÁLISIS
Figura 2. Esta gráfica muestra el cambio de ”Voltaje contra
Corriente” en los colores rojo y amarillo. Con respecto a la
gráfica del color rojo, el valor de la pendiente es -0.0113 y la
velocidad de frenado corresponde a 0.371 Voltios, este último
es el valor más bajo entre los cuatro colores usados durante
el experimento, lo cual indica que consume menor energía
a comparación de los otros tres. Con respecto a la gráfica
del color amarillo, el valor de la pendiente es -0.0329 y la
velocidad de frenado corresponde a 0.553 Voltios. El valor
de la pendiente en el amarillo indica que es el color con más
inclinación de los cuatro.
Figura 3. Esta gráfica muestra el cambio de ”Voltaje contra
Corriente” en los colores verde y azul. Con respecto a la
gráfica del color verde, el valor de la pendiente es -0.0018 y
la velocidad de frenado corresponde a 0.539 Voltios, lo cual
indica que es el segundo con la pendiente menos inclinada.
Por parte de la gráfica del color azul, el valor de la pendiente
es -0.0014 y la velocidad de frenado corresponde a 0.627
Voltios, este último es el valor más alto entre los cuatro
colores usados durante el experimento, lo cual indica que
consume mayor energía a comparación de los otros tres.
3
Cuadro I. Los presentes datos muestran frecuencia de onda para cada color, asimismo como los voltajes de frenado para
ca . a
Color Frecuencia(Hz)(104) Voltaje frenado (V)(±0, 001)
Rojo 3,85 0,371
Verde 5,26 0,539
Amarillo 5,16 0,553
Azul 6,04 0,627
a Los datos de frecuencias fueron obtenidos a partir de la longitud de onda teórica, no hallados con base en la práctica experimental,
por el contrario la energía emitida sí fue hallada con base en los voltajes de frenado de la práctica experimental.
Figura 4. Esta gráfica muestra el cambio de ”Energía contra
Frecuencia”. En este caso se toman los voltajes de frenado
como valores negativos debido a que ejercen una resisten-
cia opuesta al movimiento con la intención de detener a los
electrones más rápidos que van saliendo de la superficie de
la lámina metálica dentro de la fotocelda.
Después de haber encontrado los voltajes de frenado
para las respectivas longitudes de onda de cada una
de las cuatro diferentes muestras de colores usadas[I] y
graficado los voltajes en función de la corriente [2] [3],
se procede a calcular las frecuencias usando la fórmula
[1], usando c como constante universal de la velocidad
de la luz en el vacío[1]:
ν =
c
λ
y la energía, con q igual a la carga del electrón2:
E = e−Vf
Posteriormente, se halló la constante de Planck a par-
tir de la pendiente que forma la recta de la energía en
función de la frecuencia[4]: 2.0(58)x10−34 Js ≈ 6.6(58)x
10−34 Js [5]
Adicionalmente, a partir deun análisis se puede apre-
ciar en las 4 gráficas el comportamiento lineal con pen-
dientes negativas, y con mayor inclinación para colores
como en azul o verde. Teniendo en cuenta lo anterior y
la ley de ohm, es coherente mencionar que en la aplica-
ción de los cálculos la ley de ohm sí se cumple en cuan-
to a que al disminuir las resistencias sucede un cambio
proporcional en el voltaje asimismo ocurría con la in-
tensidad. Por otra parte, estas cuatro muestras de di-
ferentes colores fueron escogidas con el fin de variar la
frecuencia o longitud de onda en el experimento y el in-
tervalo de 0.5 Amperios fue escogido con la intención de
establecer una cantidad suficiente para realizar las me-
diciones. En consecuencia, es posible aproximar debido
a que los valores son cercanos entre sí y el número de
errores sistemáticos es muy reducido, lo cual no afecta
significativamente precisión de los cálculos.
IV. CONCLUSIONES
A partir de los datos e información obtenida de los
resultados y a través del análisis, es coherente concluir
que:
El color rojo presenta un voltaje de frenado de
0.371± 0.001 Voltios lo cual hace que sea el que
consume menor energía y trabajo para frenarlo.
El color azul presenta un voltaje de frenado de
0.627± 0.001 Voltios lo cual hace que sea el que
consume mayor energía y trabajo para frenarlo.
De las 4 gráficas los colores azul y verde presentan
las menores inclinaciones, lo cual los hace parecer
constantes.
Los resultados obtenidos en la ecuación (2) per-
miten identificar que el valor de la constante de
Planck experimental fue de casi 1/3 el espera-
do(2.0(58) X 10-34 Js ≈ 6.6(58) X 10-34 Js), de
esto se puede concluir que hubo varios errores ex-
perimentales, la mayoría sistemáticos que afecta-
ron la exactitud de los valores.
4
Teniendo en cuenta los datos obtenidos, se cumple
satisfactoriamente la ley de ohm y se demuestra
que la energía de los electrones emitidos no de-
pende de la intensidad con la cual el haz de luz es
emitido sino las longitudes de onda.
[1] Grishaev, A. (1996). Classification of methods of mea-
suring the speed of light in vacuum. Measurement Tech-
niques - MEAS TECH-ENGL TR, 39:113–117.
[2] Hanson, D. M., Harvey, E., Sweeney, R., and Zielins-
ki, T. J. (2021). Photoelectric Effect. [Online; accessed
2022-02-20].
[3] Hofman, D. and García Rosselli, A. E. (2002). Efecto
fotoeléctrico.
[4] Klassen, S. (2008). The photoelectric effect: Rehabilita-
ting the story for the physics classroom.
[5] Williams, E., Steiner, R., and Newell, D. (1998). An
accurate measurement of the planck constant. (81).
[6] Young, Freedman, F. (2018). Física universitaria con
física moderna 2. Pearson Educación, 13 edition.
APÉNDICE DE CÁLCULO DE ERRORES
Los valores de las incertidumbres se calcularon de la
siguiente forma debido a que correspondían a la depen-
dencia de una única variable:
∆f =
√(
∂f
∂x
∆x
)2
+
(
∂f
∂y
∆y
)2
+
(
∂f
∂z
∆z
)2
∆f =
∂f
∂x
∆x
Para hallar las incertidumbres de corriente en el Am-
perimertro (±0.5) se tomó en cuenta como medida de
instrumento análogo, el cual tenía como escala mínima
1 unidad. Por otra parte, para los valores de voltaje en
el multímetro (±0.001) se tomó en cuenta como medida
de instrumento digital.
	Efecto fotoeléctrico
	Resumen
	Introducción
	Montaje experimental
	Resultados y análisis
	Conclusiones
	Referencias
	Apéndice de cálculo de errores