Espectro e Efeito Fotoelétrico

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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO	2015
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO
FACULTAD DE INGENIERIA ELECTRICA Y ELECTRONICA
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA ELECTRICA
QUIMICA APLICADA A LA INGENIERIA ELECTRICA
DOCENTE:
ING. CARMEN ZOILA LOPEZ CASTRO
TEMA :
ESPECTRO ELECTROMAGNETICO Y EFECTO FOTOELECTRICO
ALUMNO: 
HUARCAYA CLAROS, MARCOS ANTONIO
CODIGO:
1423125278
FECHA: 
21 DE ABRIL DEL 2015
INDICE
1. ESPECTRO ELECTROMAGNETICO
1.2 ONDAS DE RADIO
1.3 ONDAS MICROONDAS
1.4 RAYOS INFRARROJO
1.5 ESPECTRO VISIBLE
1.6 RAYOS ULTRAVIOLETA
1.7 RAYOS X
1.8 RAYOS GAMMA
2. EFECTO FOTOELECTRICO
1. ESPECTRO ELECTROMAGNETICO
El espectro electromagnético (o simplemente espectro) es el rango de todas las radiaciones electromagnéticas posibles. El espectro de un objeto es la distribución característica de la radiación electromagnética de ese objeto.
El espectro electromagnético se extiende desde las bajas frecuencias usadas para la radio moderna (extremo de la onda larga) hasta los rayos gamma (extremo de la onda corta), que cubren longitudes de onda de entre miles de kilómetros y la fracción del tamaño de un átomo. Se piensa que el límite de la longitud de onda corta está en las cercanías de la longitud Planck, mientras que el límite de la longitud de onda larga es el tamaño del universo mismo, aunque en principio el espectro sea infinito y continuo.
Rango del espectro
El espectro cubre la energía de ondas electromagnéticas que tienen longitudes de onda diferentes. Las frecuencias de 30 Hz y más bajas pueden ser producidas por ciertas nebulosas estelares y son importantes para su estudio. Se han descubierto frecuencias tan altas como 2.9 * 1027 Hz a partir de fuentes astrofísicas.
La energía electromagnética en una longitud de onda particular λ (en el vacío) tiene una frecuencia asociada f y una energía fotónica E. Así, el espectro electromagnético puede expresarse en términos de cualquiera de estas tres variables, que están relacionadas mediante ecuaciones.
De este modo, las ondas electromagnéticas de alta frecuencia tienen una longitud de onda corta y energía alta; las ondas de frecuencia baja tienen una longitud de onda larga y energía baja.
Siempre que las ondas de luz (y otras ondas electromagnéticas) se encuentran en un medio (materia), su longitud de onda se reduce. Las longitudes de onda de la radiación electromagnética, sin importar el medio por el que viajen, son, por lo general, citadas en términos de longitud de onda en el vacío, aunque no siempre se declara explícitamente.
Generalmente, la radiación electromagnética se clasifica por la longitud de onda: ondas de radio, microondas, infrarroja y región visible, que percibimos como luz, rayos ultravioleta, rayos X y rayos gamma.
El comportamiento de la radiación electromagnética depende de su longitud de onda. Las frecuencias más altas tienen longitudes de onda más cortas, y las frecuencias inferiores tienen longitudes de onda más largas. Cuando la radiación electromagnética interacciona con átomos y moléculas, su comportamiento también depende de la cantidad de energía por cuanto que transporta. La radiación electromagnética puede dividirse en octavas (como las ondas sonoras). 
1.1 ONDAS DE RADIO
Las ondas de radio son un tipo de radiación electromagnética. Una onda de radio tiene una longitud de onda mayor que la luz visible. Las ondas de radio se usan extensamente en las comunicaciones.
Las ondas de radio tienen longitudes que van de tan sólo unos cuantos milímetros (décimas de pulgadas), y pueden llegar a ser tan extensas que alcanzan cientos de kilómetros (cientos de millas). En comparación, la luz visible tiene longitudes de onda en el rango de 400 a 700 nanómetros, aproximadamente 5 000 menos que la longitud de onda de las ondas de radio. Las ondas de radio oscilan en frecuencias entre unos cuantos kilohertz (kHz o miles de hertz) y unos cuantos terahertz (THz or 1012 hertz). La radiación "infrarroja lejana" , sigue las ondas de radio en el espectro electromagnético, los IR lejanos tienen un poco más de energía y menor longitud de onda que las de radio.
Las microondas, que usamos para cocinar y en las comunicaciones, son longitudes de onda de radio cortas, desde unos cuantos milímetros a cientos de milímetros (décimas a decenas de pulgadas).
Varias frecuencias de ondas de radio se usan para la televisión y emisiones de radio FM y AM, comunicaciones militares, teléfonos celulares, radioaficionados, redes inalámbricas de computadoras, y otras numerosas aplicaciones de comunicaciones.
La mayoría de las ondas de radio pasan libremente a través de la atmósfera de la Tierra. Sin embargo, algunas frecuencias pueden ser reflejadas o absorbidas por las partículas cargadas de la ionosfera.
1.2 ONDAS MICROONDAS
Son ondas de radio de alta frecuencia y por consiguiente de longitud de onda muy corta, de ahí su nombre.
Tienen la propiedad de excitar la molécula de agua, por consiguiente se utilizan en los hornos de microondas para calentar alimentos que contengan este líquido.
Las microondas están situadas entre los rayos infrarrojos (cuya frecuencia es mayor) y las ondas de radio convencionales. Su longitud de onda va aproximadamente desde 1 mm hasta 30 cm. Las microondas se generan con tubos de electrones especiales como el klistrón o el magnetrón, que incorporan resonadores para controlar la frecuencia, o con osciladores o dispositivos de estado sólido especiales.
Las microondas tienen muchas aplicaciones: radio y televisión, radares, meteorología, comunicaciones vía satélite, medición de distancias, investigación de las propiedades de la materia o cocinado de alimentos.
Las microondas pueden detectarse con un instrumento formado por un rectificador de diodos de silicio conectado a un amplificador y a un dispositivo de registro o una pantalla.
1.3 RAYOS INFRARROJO
La radiación infrarroja, o radiación IR es un tipo de radiación y térmica, de mayor longitud que la luz visible, pero menor que la de las microondas. Consecuentemente, tiene menor frecuencia que la luz visible y mayor que las microondas. Su rango de longitudes de onda va desde unos 0,7 hasta los 1000 micrómetros.1 La radiación infrarroja es emitida por cualquier cuerpo cuya temperatura sea mayor que 0 Kelvin, es decir, −273,15 grados Celsius (cero absoluto).
1.4 ESPECTRO VISIBLE
El espectro visible es la zona del espectro electromagnético que va desde los 380 a los 720 nanómetros de longitud de onda.
Las ondas situadas dentro de este marco producen estímulos que el ojo humano medio percibe como 'luz' y 'color'. Las sensaciones cromáticas varían con el predominio dentro de un haz de luz de ondas de una zona determinada del espectro luminoso. Cuando predominan las ondas cercanas a 720, por ejemplo, la sensación es 'luz roja'.
El espectro visible también se denomina "espectro luminoso".
1.5 RAYOS ULTRAVIOLETAS
Esta radiación electromagnética abarca los rayos con una longitud de onda que va de los 400 nm a los 15 nm. Su nombre (ultravioleta) se vincula a que el rango de la longitud de onda comienza detrás del espectro visible que las personas observamos como color violeta.
Los rayos ultravioleta, que también se conocen como rayos UV, generan efectos químicos que pueden resultar dañinos para la salud. Esta radiación forma parte de los rayos del sol, algo que obliga a que nos protejamos de la radiación de la estrella principal del Sistema Solar.
Como la mayoría de los rayos, la radiación ultravioleta puede emplearse con diversos fines. Los rayos ultravioleta permiten crear dispositivos de iluminación que, en algunos contextos, incluso sirven para atrapar o eliminar insectos y para detectar la presencia de fluidos (como semen o sangre) en una superficie. Estos rayos también permiten esterilizar  productos ya que matan virus y bacterias.
En cuanto a los rayos del sol, la mayor parte de la radiación UV es absorbida por la atmósfera. Sin embargo, debido al agujero de la capa de ozono, los rayos ultravioletas llegan cada vez en mayor cantidad a la superficie terrestre. Cuandouna persona se expone a estos rayos, puede sufrir diversos problemas en la piel, incluyendo cáncer.
1.6 RAYOS X
La denominación rayos X designa a una radiación electromagnética, invisible para el ojo humano, capaz de atravesar cuerpos opacos y de imprimir las películas fotográficas. Los actuales sistemas digitales permiten la obtención y visualización de la imagen radiográfica directamente en una computadora (ordenador) sin necesidad de imprimirla. La longitud de onda está entre 10 a 0,01 nanómetros, correspondiendo a frecuencias en el rango de 30 a 30000 PHz (de 50 a 5000 veces la frecuencia de la luz visible).
1.7 RAYOS GAMMA
La luz, en general, goza de una naturaleza dual: onda-partícula. Esto quiere decir que bajo ciertas circunstancias, la luz se puede comportar como onda con características como la reflexión, pero bajo otras condiciones se comporta como partícula. Su energía es lo que determina la naturaleza predominante: mientras más energía tiene más tiende a empaquetarse en lo que llamamos fotones, las partículas que forma la luz. Si la energía contenida en un fotón de luz visible fuera equivalente a una gota de agua. La energía de un fotón de rayo gamma de muy alta energía sería equivalente al lago de Chapultepec. Si un fotón visible se compara en energía y tamaño con la cantidad de información almacenada en un disco flexible de 3.5 pulgadas, entonces un fotón de rayo gamma de muy alta energía sería un disco del tamaño de un átomo con un almacenamiento de 3,600Tbytes.
La mayoría del universo que observamos en otras frecuencias está dominado por procesos térmicos con temperaturas características. Por ejemplo, para radiar fotones visibles se requiere de un sistema con temperaturas de aproximadamente 6,000 grados, como la temperatura de nuestro Sol. Pero para obtener fotones de rayos gamma de muy alta energía se requiere de una temperatura 10,000 veces mayor a la temperatura del plasma de quark y gluones que era el estado del universo a 10 microsegundos de su creación en el Big Bang. Por ello es que es imposible tener rayos gamma de alta y muy alta energía a partir de procesos térmicos.
Los fotones no tienen carga eléctrica por lo que no se les puede acelerar con campos eléctricos o magnéticos. Entonces, ¿cómo se produce luz de tanta energía? Por procesos no-térmicos en los que una partícula cargada con miles o millones de veces más energía radia rayos gamma ante la presencia de campos eléctricos y magnéticos o por procesos de aniquilación de partículas y anti-partículas pesadas como aquellas que conforman la materia oscura o por reacciones nucleares en las que participan rayos cósmicos de ultra alta energía.
Otra consecuencia de la falta de carga eléctrica de los rayos gamma es que su interacción con la materia es debida únicamente a su naturaleza corpuscular, por lo que su detección requiere de grandes cantidades de materia, ya sea con grandes volúmenes o con materiales muy densos.
Todas estas propiedades son lo que hace que en la astrofísica de rayos gamma sea un reto el detectar esa radiación.
2. EFECTO FOTOELECTRICO
La emisión de electrones por metales iluminados con luz de determinada frecuencia fue observada a finales del siglo XIX por Hertz y Hallwachs. El proceso por el cual se liberan electrones de un material por la acción de la radiación se denomina efecto fotoeléctrico o emisión fotoeléctrica. Sus características esenciales son:
· Para cada sustancia hay una frecuencia mínima o umbral de la radiación electromagnética por debajo de la cual no se producen fotoelectrones por más intensa que sea la radiación.
· La emisión electrónica aumenta cuando se incrementa la intensidad de la radiación que incide sobre la superficie del metal, ya que hay más energía disponible para liberar electrones.
En los metales hay electrones que se mueven más o menos libremente a través de la red cristalina, estos electrones no escapan del metal a temperaturas normales porque no tienen energía suficiente. Calentando el metal es una manera de aumentar su energía. Los electrones "evaporados" se denominan termo electrones, este es el tipo de emisión que hay en las válvulas electrónicas. Vamos a ver que también se pueden liberar electrones (fotoelectrones) mediante la absorción por el metal de la energía de radiación electromagnética.
El objetivo de la práctica simulada es la determinación de la energía de arranque de los electrones de un metal, y el valor de la constante de Planck. Para ello, disponemos de un conjunto de lámparas que emiten luz de distintas frecuencias y placas de distintos metales que van a ser iluminadas por la luz emitida por esas lámparas especiales.
Finalmente Albert Einstein dió la explicación en 1905: La luz está constituida por partículas (photones), y la energía de tales partículas es proporcional a la frecuencia de la luz. Existe una cierta cantidad mínima de energía (dependiendo del material) que es necesaria para extraer un electrón de la superficie de una placa de zinc u otro cuerpo sólido (función trabajo). Si la energía del fotón es mayor que este valor el electrón puede ser emitido. De esta explicación obtenemos la siguiente expresión:
	Ecin   =   h f   −   W
Ejemplo :
Una placa de zinc recién pulida, cargada negativamente, pierde su carga si se la expone a la luz ultravioleta. Este fenómeno se llama efecto fotoeléctrico.
FIEE- Ing. eléctrica	Página 2
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