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NotaPublicado: Mar Ene 09, 2018 1:13 am 
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Durante los últimos meses he estado trabajando en la medida de la función de trabajo de algunos materiales y quiero exponer aquí algunas de las técnicas y aparatos que he empleado. A función de trabajo también se le llama "trabajo de extracción"
El concepto es muy interesante pero se mete bastante en la física de estado solido, voy a evitar profundizar en los conceptos teóricos para que el tema se accesible al mayor numero posible de personas, aunque tal vez para ello me tenga que tomar algunas libertades.
Expondré las cosas poco a poco conforme vaya teniendo tiempo de escribir.

Primero hablemos un poco de los metales, todos sabemos que los metales tienen una "nube electrónica" o una nube de electrones que se puede mover por su superficie y es responsable de la conducción eléctrica. Los materiales aislantes carecen de esta nube y por tanto no pueden conducir la corriente eléctrica. Los electrones del metal se mueven por su superficie pero no pueden abandonarla.

También podemos recordar el efecto termoiónico, también llamado efecto Edison: Cuando un metal se calienta suficientemente emite electrones. Este fenómeno se aprovecha en las válvulas de vacío, en los cátodos de los tubos de televisión y otros dispositivos de vacío. Recordaremos igual la existencia de las fotocelulas, en la que un metal encerrado en una ampolla en vacío emite electrones cuando la luz incide sobre el. Este es el fenómeno fotoeléctrico. Tenemos claro, que mediante calor o luz se puede conseguir que los electrones de los metales abandonen este.

Algunos metales tienen mas facilidad para emitir electrones y otros mas dificultad, la medida de esta dificultad es lo que se denomina función de trabajo.

La función de trabajo corresponde a la mínima cantidad de energía que hay que comunicar a un electrón en su banda de conducción para que este abandone su superficie. Ojo!!! esto no significa que se vaya por ahí, simplemente que ya no participe en la conducción del metal o sea que se encuentre a unas centésimas de nanómetros del metal. En los metales la función de trabajo y el potencial de ionización es el mismo.

La función de trabajo de una superficie esta muy condicionada por las características de esa superficie. Pequeñas contaminaciones de ella, incluso monocapas de átomos adheridas a la superficie pueden cambiar dramáticamente las características de la misma.

Esta energía que requiere un electrón para abandonar el metal se puede proporcionar mediante muchos métodos algunos de ellos bien conocidos.
Termicamente, calentando el metal hasta que la energía de estos electrones sea tal que pueda abandonar la superficie del metal. La temperatura a que un metal comienza a emitir electrones es dependiente de la función de trabajo.

Mediante fotones: al iluminar la superficie de un metal si los fotones que chocan contra ella tienen suficiente energía se la transferirá a algún electrón y este quedara liberado: efecto fotoeléctrico. Si el fotón no tiene suficiente energía no se emiten electrones por mas fotones que mandemos. recordemos que Eistein obtuvo el Premio Nobel por explicar el efecto fotoeléctrico y no por la Teoría de la Relatividad.

Mediante electrones: si hacemos chocar electrones con suficiente energía sobre un metal rebotaran estos electrones mas otros que arrancaremos por la energia cedida por los incidentes. A este fenómeno se le suele llamar Emision secundaria y se aprovecha ampliamente en los fotomultiplicadores y en los tubos de intensificación de imagen.

Hay otras formas de extrae electrones de la superficie de un metal, como es el efecto túnel, pero ahí ya nos pasamos del nivel.

La función de trabajo, o energía necesaria para extraer un electrón se suele especificar en eV (electron-voltio). Para los metales los valores mas bajos son los de los metales alcalinos el rubidio por ejemplo con 2,2 es de los mas bajos y el platino con 5,9 es de los mas altos.


Work function de algunos elementos (eV)
Ag 4.26 – 4.74
Al 4.06 – 4.26
As 3.75
Au 5.10 – 5.47
B ~4.45
Ba 2.52 – 2.70
Be 4.98
Bi 4.31
C ~5
Ca 2.87
Cd 4.08
Ce 2.9
Co 5
Cr 4.5
Cs 1.95
Cu 4.53 – 5.10
Eu 2.5
Fe: 4.67 – 4.81
Ga 4.32
Gd 2.90
Hf 3.90
Hg 4.475
In 4.09
Ir 5.00 – 5.67
K 2.29
La 3.5
Li 2.9
Lu ~3.3
Mg 3.66
Mn 4.1
Mo 4.36 – 4.95
Na 2.36 Nb
3.95 – 4.87
Nd 3.2
Ni 5.04 – 5.35
Os 5.93
Pb 4.25
Pd 5.22 – 5.60
Pt 5.12 – 5.93
Rb 2.261
Re 4.72
Rh 4.98
Ru 4.71
Sb 4.55 – 4.70
Sc 3.5
Se 5.9
Si 4.60 – 4.85
Sm 2.7
Sn 4.42
Sr ~2.59
Ta 4.00 – 4.80
Tb 3.00
Te 4.95
Th 3.4
Ti 4.33
Tl ~3.84
U 3.63 – 3.90
V 4.3
W 4.32 – 5.22
Y 3.1
Yb 2.60[13]
Zn 3.63 – 4.9
Zr 4.05


Continuara......

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NotaPublicado: Mar Ene 09, 2018 10:21 am 
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Y si los electrones en realidad no "viajan" sino que solo "vibran" en su órbita y comunican esa vibración a otro electrón adyacente como en una mesa de billar llena de bolas?

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Creo en la evidencia, creeré cualquier cosa, sin importar cuán extraña o ridícula sea, siempre que haya evidencias de ello, cuanto más extraña o ridícula sea, sin embargo, más sólidas tendrán que ser las evidencias.


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NotaPublicado: Mar Ene 09, 2018 10:46 am 
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Pues si, es una analogía bastante certera de lo que puede ser la conducción eléctrica. Pero también se mueven aunque la velocidad de los electrones en un conductor solo es de unos pocos metros por segundo, la energía viaja a la de la luz. En los semiconductores la velocidad es bastante mas elevada porque el numero de portadores (de carga) es bastante mas bajo.
Salud!!


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NotaPublicado: Mié Ene 10, 2018 1:29 am 
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Como hemos dicho anteriormente hay dos fenómenos muy ligados a la función de trabajo, o al trabajo de extracción, la emisión termoiónica y el efecto fotoeléctrico. En teoría podemos emplear cualquiera de esos dos fenómenos en la determinación de la función de trabajo de un material.

Efecto termoionico: El material se calienta en vacío, y en sus proximidades se coloca una placa paralela conectado a un voltaje positivo en serie con un microamperimetro. Se va incrementando gradualmente la temperatura hasta que empieza a conducir una pequeña corriente. Esta temperatura permite calcular la función de trabajo empleando la la ecuación de Richardson-Dushman.
Para ver mas sobre el efecto termoiónico ver https://es.wikipedia.org/wiki/Emisi%C3% ... %C3%B3nica
No insisto mas sobre este tema porque no es el procedimiento que voy a emplear aqui.

Efecto fotoelectrico:
Cuando un fotón interactúa con un electrón en la superficie de material pueden ocurrir tres cosas dependiendo de la energía del fotón y de la función de trabajo ( W)del material. Que la energía del fotón sea inferior a la función de trabajo y por lo tanto no sea suficiente para arrancar un electrón. Que la energía del fotón sea igual a la función de trabajo y arranque un electrón pero este quede en las proximidades de la superficie del material y que la energía del fotón sea superior a la función de trabajo y por tanto arranque un electrón que ademas portará el exceso de energía del fotón en forma de energía cinética.

Continuará


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NotaPublicado: Mié Ene 10, 2018 12:27 pm 
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Empiezo a entender tu interés por los leds exóticos que emiten fotones de alta energía.


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NotaPublicado: Mié Ene 10, 2018 6:11 pm 
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Profe, ojalá no lo incomode con mi insistencia o con mi ignorancia, pero esta hipótesis tiene 40 años torturándome y no se me ocurre quién podría ser mejor que usted para despejarla; por lo poco que entiendo, la teoría afirma que la energía de los fotones impactando sobre un semiconductor, o en su caso de los imanes sobre un bobinado de metal, arrancan electrones y una vez arrancados, inician un viaje sobre el material conductor, el metal o el semiconductor actuarían entonces como proveedores de electrones susceptibles de ser arrancados, pero no veo porqué también tienen que actuar como jaula contenedora, según lo imagino, si los electrones ya fueron arrancados, deberían continuar su viaje aún si el conductor es interrumpido, como en un generador o placa solar desconectados, así como (imagino) salen disparados en un cinescopio o magnetrón, aún más, deberían salir disparados en todas direcciones en el momento mismo en que son arrancados, no aferrarse al metal puesto que ya fueron "liberados", en cambio, si en realidad no son arrancados de su órbita y no viajan, sino solo inducen por repulsión a los adyacentes, se explicaría porqué los cables desconectados no emiten nada, también podría ser una explicación alterna a la cuantificación, según la teoría hay un umbral energético para arrancar al electrón de su órbita, si un fotón porta suficiente energía logra arrancarlo, si no solo lo excita, sin importar cuántos fotones lo impacten, pero ¿ya excitado el electrón no debería bajar el umbral, de modo que golpes sucesivos lograran arrancarlo? eso es lo que ocurre en el mundo macro, en la feria un solo disparo con un rifle de diábolos no tira nunca los premios mayores, pero disparos sucesivos si lo hacen, en cambio, si en realidad los electrones nunca son arrancados, sino solo desplazados de su órbita, se explicaría porqué golpes de fotones sucesivos nunca logran desplazar lo suficiente de su órbita al electrón como para excitar o inducir al adyacente, mientras que disparos más energéticos sí lo hacen y también explicaría porqué los conductores no emiten nada, porque en realidad los electrones no se estarían liberando, sino solo vibrando, quizás también explicaría el comportamiento de los superconductores, en una red cristalina es más fácil que cada electrón excitado, pero no arrancado, excite a los adyacentes, que están mejor colocados para recibir lo que no sería un impacto, sino una acción de repulsión.

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NotaPublicado: Mié Ene 10, 2018 7:37 pm 
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Es prácticamente imposible contestar a tu pregunta, porque en realidad son muchas preguntas enlazadas. No obstante voy a contestar a lo que puedo de ella.

Según la teoría cuántica un electrón puede estar en un nivel de energía o en otro pero no en estados intermedios. Un fotón de insuficiente energía no puede sacarlo de su situación, por tanto para el siguiente fotón que llegue, el electrón esta exactamente en la misma situación. En la feria, diferentes disparos pueden alterar aunque sea poco la posición del premio pero al final cae. Esa situación no se da con los electrones porque no cambia su situación por muchos fotones poco energéticos que lleguen.

En un metal, los electrones de valencia no están ligados a un átomo en concreto, sino que están compartidos entre todos ellos formando una "nube electrónica" responsable de la conducción. Con un foton de suficiente energía puedes liberar un electrón de esa nube, pero si quieres que "se mueva" deberás comunicarle mas energía o someterle a un campo eléctrico. Un campo magnético no actúa sobre un electrón parado.

Si redactas las preguntas de manera aislada trataré de responderlas.

Salud!!


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NotaPublicado: Jue Ene 11, 2018 12:35 am 
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Básicamente mi hipótesis es que los electrones no pueden liberarse de su órbita y por tanto no serían arrancados, sino que están presos en su órbita y cuando son excitados "brincan", acercándose a los de las órbitas adyacentes, que su órbita es desplazada pero sin "liberarse" de ella, es decir, que en realidad solo se mueven dentro de los límites de su propia órbita y que por tanto no "viajan" por el conductor, ni "golpean" a otros electrones, sino que solo modifican la órbita de los electrones adyacentes por repulsión, dando como resultado la conducción eléctrica solo mientras haya suficientes electrones adyacentes, es decir, solo mientras hay conductor.

Las razones para imaginar esto son:

Que los electrones no salen disparados en chorro ni irradiados en todas direcciones del conductor.
Que la intuición sugiere que varios fotones infra-energéticos impactando en forma repetida -o incluso simultánea, que debe ocurrir- a un electrón puntual deberían poder arrancarlo de su órbita, quizás no siempre ni la mayoría de las veces, pero debería ocurrir.
En cambio, si los electrones en realidad no son nunca arrancados de su órbita esto sería totalmente lógico, ya que vibrarían (modificarían su órbita) en todos sentidos con una amplitud acorde a la energía que los desplazó, esta amplitud de desplazamiento algunas veces sería suficiente para influir al electrón adyacente, preso igual que él, y otras no, pero siempre "harían" algo.
Que no entiendo qué le ocurre a toda la energía recibida por los electrones que no fueron arrancados bajo la teoría cuántica.

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NotaPublicado: Jue Ene 11, 2018 1:22 am 
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Desde el principio no estamos de acuerdo. No conmigo sino con la teoría atómica actual. Los electrones no son "bolitas" que dan vueltas a los núcleos. Ese modelo simplificado sirvió en un principio, pero ahora ya no se usa.
La teoría cuántica no permite que los electrones se desplacen a otras situaciones de diferente energía, y vibrar significa cambiar su nivel de energia.
la mecánica cuantica es todo menos intuitiva, es un modelo que funciona y por eso se usa.
Reproduzco una frase famosa:

“Si usted piensa que entiende la mecánica cuántica es que no la ha entendido”.

La frase es del premio Nobel de Física Richard Feynman. Es complicado entender una dimensión en la que los objetos pueden estar en dos lugares diferentes o estar al mismo tiempo a tu derecha y a tu izquierda. Es el mundo de las cosas ínfimas, en el que existen otras reglas de juego.

Algunos de los fotones que no son absorbidos se reflejan. Otros pueden ser absorbidos elevando la temperatura del material.

Salud!!


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NotaPublicado: Lun Feb 26, 2018 10:40 pm 
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Registrado: Lun Feb 26, 2018 10:23 pm
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Ciudad: Alcobeddas
pfdc escribió:
Pues si, es una analogía bastante certera de lo que puede ser la conducción eléctrica. Pero también se mueven aunque la velocidad de los electrones en un conductor solo es de unos pocos metros por segundo, la energía viaja a la de la luz. En los semiconductores la velocidad es bastante mas elevada porque el numero de portadores (de carga) es bastante mas bajo.
Salud!!

:shock: :oops:


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