Laboratorios de física moderna

UNIVERSIDAD ANTONIO NARIÑO

Facultad de Ingeniería mecánica

Física del estado sólido, física moderna.

Laboratorio virtual Interferencia de onda cuántica.

Presenta:

Giovanni Darío Baquero Bustos

Elder Yecid Daza Mojica

Edwin Yohan Bermudez Sanchez

Asesora disciplinar

Ph.D. (c) Patricia Abdel Rahim

Bogotá, Julio-2016

MARCO TEORICO Fuente luminosa puntual: es aquella que se supone que es ínfimamente pequeña, por consiguiente cualquier cuerpo opaco colocado entre la misma y una pantalla, además de quedar en sombra parte del cuerpo, formará en la pantalla una sombra de igual forma al cuerpo (si es una esfera formará un circulo) y tamaño proporcional a las distancias existentes entre las tres. Fuente luminosa no puntual: es aquella que tiene dimensiones geométricas a considerar. Ahora gracias a que la fuente no es solo un punto, es un cuerpo con dimensiones a tener en cuenta, de este modo se forman tres zonas: la sombra propiamente dicha, la zona totalmente iluminada que recibe todos los rayos de luz y la penumbra o faja angular comprendida entre las dos anteriores zonas. Fenómeno de la difracción: es un fenómeno característico de las ondas que se basa en la desviación de estas al encontrar un obstáculo o al atravesar una rendija. La difracción ocurre en todo tipo de ondas. Experiento de Young: El experimento clásico que demuestra la interferencia de la luz fue realizado por Thomas Young en 1801. Young separó la luz al pasarla por dos ranuras paralelas angostas. En una pantalla blanca colocada más allá de las ranuras se mostró un patrón de bandas alternadas claras y oscuras llamadas franjas de interferencia. Las franjas claras indican interferencia constructiva y las oscuras indican interferencia desctructiva. [2] Ley de Bragg: permite estudiar las direcciones en las que la difracción de rayos X sobre la superficie de un cristal produce interferencias constructivas, dado que permite predecir los ángulos en los que los rayos X son difractados por un material con estructura atómica periódica (materiales cristalinos). [3]

�� = 2� ∗ ��

n es un número entero, λ es la longitud de onda de los rayos X, d es la distancia entre los planos de la red cristalina y, θ es el ángulo entre los rayos incidentes y los planos de dispersión.

1- Hallar el patrón de difracción de los fotones, electrones, neutrones y los átomos de helio en intensidad alta. Use dos obstáculos (mide la distancia que tomo), describa si el patrón de difracción es discreto o continuo.

� Patrón de difracción con fotones de color verde.

- Distancia a la pantalla 1000 nm, separación entre obstáculos 600 nm. - El patrón generado es continuo.

� Patrón de difracción con electrones

- Distancia a la pantalla 2 nm, separación entre obstáculos 1nm. - El patrón generado por los electrones en la pantalla es continuo.

- Distancia a la pantalla 2 nm, separación entre obstáculos 1nm. - El patrón generado en la pantalla es continuo.

- Distancia a la pantalla 2 nm, separación entre obstáculos 1 nm. - El patrón generado en la pantalla es de tipo continuo.

2- Hallar el patrón de difracción de los fotones, electrones, neutrones y los átomos de helio en partícula simple. Haga que el disparador lance fotones de color verde y coloque la rendija muy cerca (mida el ancho de la rendija). Describa el patrón de difracción.

� Patrón de difracción de Fotones.

- Ancho de la rendija 400 nm. - - Distancia rendija al separador 400 nm. - - Al observa cómo se va generando el patrón en la pantalla después de

transcurrir un tiempo considerable, se puede pensar en que el patrón será de tipo continuo, si bien la pantalla refleja punto a punto al esperar un tiempo el comportamiento los puntos ocupan la mayoría de los espacios en el eje horizontal, lo que no daría espacio a la generación de líneas en el espectro.

� Patrón de difracción de Electrones.

- - Distancia de la rendija a la pantalla 3.6 nm. - Separación rendijas 1.45 nm. - El patrón observado con un tiempo de espera considerable, puede

considerarse como continuo, por la posición de cada punto en el eje horizontal de la pantalla que es eje en el cual se observan las líneas de espectro.

� Patrón de difracción de Neutrones.

- Distancia de la rendija a la pantalla 3.6 nm.

- Separación rendijas 1.45 nm.

- El patrón observado con un tiempo de espera considerable, puede considerarse como continuo, por la posición de cada punto en el eje horizontal de la pantalla que es eje en el cual se observan las líneas de espectro.

� Patrón de difracción átomos de Helio.

- Distancia de la rendija a la pantalla 3.6 nm.

- Separación rendijas 1.45 nm.

- El patrón observado después de transcurrido un tiempo considerable, puede considerarse como continuo, por la posición de cada punto en el eje horizontal de la pantalla y dado que aunque existen algunos puntos aislados que podrían sugerir la posibilidad que en esa zona se generaría una línea de espectro, no lo creemos posible debido a que transcurrido un tiempo ninguna otra partícula se situó en la misma posición horizontal en altura superior o inferior a estos puntos.

� Comparación visual de los patrones de difracción con las diferentes partículas.

3- Repita el ítem 2 para cada color del espectro visible. Haga una tabla que muestre (color, espectro continuo o discreto).

-Distancia rendijas a pantalla 1400 nm, separación rendijas 300 nm.

COLOR Violeta Azul Verde Amarillo Rojo

ESPECTRO Discreto Discreto Discreto Discreto Discreto

.

4- Repita los puntos 2 y 3 pero ahora dispare electrones, neutrones y átomos de helio.

- Distancia rendijas a pantalla 3 nm, separación rendijas 0.45 nm.

PARTICULA ELECTRON NEUTRON ATOMOS DE HELIO

ESPECTRO Discreto Discreto Discreto

CONCLUSIONES

- Al realizar los diferentes montajes virtuales propuestos en estas prácticas, se puede comprobar visualmente el comportamiento corpuscular de los fotones y electrones, por cuanto fue posible observar cómo estas partículas son partículas y tienen el comportamiento de una onda.

- Se obtuvo una forma de evidenciar como es verdadero la teoría de la física cuántica del comportamiento de onda de los fotones, al ser disparados e interferir su trayectoria con obstáculos o rendijas que hacen que los electrones tengan difracciones ondulares tal como se afirmó en la teoría.

- Se puede afirmar la relación de la longitud de onda con la distancia de separación de las rendijas, y el patrón de difracción, por cuanto si la distancia de separación de las rendijas es muy grande comparado con la longitud de onda empleada, no tendría lugar el efecto difractivo que afecta la onda cuando es interferida por un objeto.

SUGERENCIAS

- Para la realización del punto cinco del presente laboratorio que no incluimos, no lo realizamos debido a que el simulador no nos proporciona el dato exacto de la longitud de onda que se emplea.

BIBLIOGRAFIA E INFOGRAFIA

Bibliografía sugerida por la asesora disciplinar.

[1] https://www.youtube.com/watch?v=vCRNGqXBPRk

[2]https://www.youtube.com/watch?v=9RIZZtFSY5A&list=PL_WWP_955r3vb1UXmXMNx_pLSK4-5QXr1

[3] https://www.uclm.es/profesorado/ajbarbero/Practicas/DifraccionRendija.pdf

[4]http://la-mecanica-cuantica.blogspot.com.co/2009/08/ondas-de-materia.html

[5]http://rpduarte.fisica.uson.mx/archivos/curso6/07-magyopt.pdf

[6] http://elarcoirisyeltiempo.blogspot.com.co/p/la-onda-de-broglie.html

Bibliografía consultada por los autores del informe

- Raymond A. Serway, John W. Jewett Jr., Física para ciencias e ingenierías. Tomo I, 6ta edición, California: (Thomson 2005).

- Mott, Robert L., mecánica de fluidos. Sexta edición., PEARSON EDUCACION, México, 2006.

- Física para Ciencias e Ingeniería | 5ta Edición, Tomo II | Raymond A. Serway, McGRAW-HILL, México, 2002.

Infografía

- http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/cuantica/fotoelectrico/fotoelectrico.htm - http://docencia.udea.edu.co/cen/tecnicaslabquimico/01intro/intro03.htm - http://recursostic.educacion.es/newton/web/materiales_didacticos/efectofoto

electrico_prob/resuelto.pdf




Laboratorio espectro de cuerpo negro.

Presenta:




Asesora disciplinar


Bogotá, Junio-2016

Objetivo

En este laboratorio, se pretende estudiar y analizar el espectro de cuerpo oscuro, sus características y los planteamientos establecidos sobre este tema. También observar como es el comportamiento del espectro con algunas de sus variables como son la temperatura, longitud de onda, intensidad de radiación. De igual manera, se podrá obtener la energía total del mismo haciendo uso de los datos que arroja el simulador virtual.

MARCO TEÓRICO

TEMPERATURA ABSOLUTA

Hemos definido las escalas Celsius y Fahrenheit de acuerdo con puntos de referencia arbitrarios, aunque los de la escala Celsius son convenientes en relación con las propiedades del agua. Por otro lado, la temperatura absoluta se define de modo que el punto cero corresponde a la condición en que se detiene el movimiento molecular. Esto se denomina cero absoluto.

En el SI de unidades, la unidad estándar de temperatura es el grado Kelvin (K), y el punto de referencia (cero) es el cero absoluto. Observe que no hay símbolo de grados que se adjunte a K. El intervalo entre los puntos en la escala Kelvin es el mismo que el que se utiliza para la escala Celsius. Las mediciones han demostrado que el punto de congelación del agua es 273.15 K por arriba del cero absoluto. La conversión de la escala Celsius a la Kelvin se realiza por medio de la siguiente relación:

Tk = Tc + 273.15

También se ha demostrado que el cero absoluto en la escala Fahrenheit se encuentra a—459.67°F. En ciertas referencias se encontrara otra escala de temperatura absoluta denominada escala Rankine, en la que el intervalo es el mismo que para la escala Fahrenheit.

El cero absoluto está a 0 °R, y cualquier medición en grados Fahrenheit se convierte a °R por medio de la relación:

TR = T F+ 459.67

Asimismo, dada la temperatura en °F, la temperatura absoluta en K se calcula a partir de:

Tk = (T F + 459.67)/1.8 = TR! 1.8

Tomado de Mott, Robert L., mecánica de fluidos. Sexta edición., PEARSON EDUCACION, México, 2006.

TEORÍA CLÁSICA DEL CUERPO NEGRO

A principios del siglo XX, Rayleigh y Jeans realizaron cálculos de la densidad de energía de la irradiancia emitida por un cuerpo negro. Este resultado condujo las investigaciones hacia un gran conflicto entre la física clásica y los resultados experimentales.

Para encontrar la ley de distribución clásica, los autores tuvieron en cuenta la teoría electromagnética clásica para demostrar que la radiación dentro de la cavidad debía existir en forma de ondas estacionarias con nodos en las superficies del cuerpo negro. Utilizando conceptos geométricos, contaron el número de ondas estacionarias (N) en el intervalo de frecuencias entre v y v+vd, para determinar la dependencia funcional N(v). De este modo, Rayleigh y Jeans encontraron que el número de ondas electromagnéticas (OEM) estacionarias dentro del cuerpo negro tridimensional (N(v)dv) cuyas frecuencias están entre v y v+vd es:

Donde V es el volumen del cuerpo negro.

Posteriormente, los autores calcularon la energía total promedio contenida en cada onda estacionaria de frecuencia v utilizando la ley de equipartición de la

energía. Está ley afirma que para un sistema que contenga un número infinitamente grande de entes físicos iguales, como por ejemplo las moléculas de un gas, en equilibrio térmico a temperatura T, la energía cinética promedio de una molécula es kT/2 por cada grado de libertad de la misma, donde k=1.38x10-23J-K

es la constante de Boltzmann. Cada OEM senoidal tiene una energía total que es el doble de su energía cinética promedio, esta es una propiedad común a sistemas oscilantes con un solo grado de libertad que realizan oscilaciones armónicas simples tales como un péndulo o un resorte. De este modo, cada onda estacionaria dentro de la cavidad tiene una energía total promedio Ē=kT. Hay que

hacer notar que la energía promedio Ē es la misma para todas las ondas

estacionarias en el cuerpo negro independientemente de su frecuencia v.

Finalmente la irradiancia espectral clásica RT(v) deducida por Rayleigh y Jeans es

el producto del número de ondas estacionarias (con frecuencias entre v y v+vd)

por unidad de volumen (N(v)dv/V) por la energía total promedio de cada OEM

multiplicada por la velocidad de la luz c.

El número de ondas estacionarias (con frecuencias entre v y v+vd) por unidad de

volumen multiplicado por la energía promedio de cada OEM es la densidad de

energía EM emitida por el cuerpo negro ρT (v).

En la Fig. 2 se comparan la curva descripta por la expresión (5) con los resultados

experimentales. En el rango de bajas frecuencias el espectro clásico se aproxima

a los resultados experimentales pero a medida que la frecuencia crece la curva

clásica tiende a infinito.

Los resultados experimentales muestran que la densidad de energía es finita para

todo valor de frecuencias y tiende a cero para frecuencias muy altas. Sin embargo,

clásicamente se observa un comportamiento irreal para altas frecuencias (ρT →α

cuando v→α), este desacuerdo se conoce como la “catástrofe ultravioleta”

sugiriendo la importancia de esta falla en la teoría clásica.

Figura 2: Curva clásica predicha por Rayleigh y Jeans (línea punteada) comparada con los datos experimentales (línea continua) para la densidad de energía en una

cavidad de cuerpo negro. Esta discrepancia se la conoce como catástrofe ultravioleta. CATÁSTROFE ULTRAVIOLETA La catástrofe ultravioleta es un fallo de la teoría clásica del electromagnetismo al explicar la emisión electromagnética de un cuerpo en equilibrio térmico con el ambiente. De acuerdo con las predicciones del electromagnetismo clásico, un cuerpo negro ideal en equilibrio térmico debía emitir energía en todos los rangos de frecuencia; de manera que a mayor frecuencia, mayor energía.

TEORÍA CUÁNTICA DEL CUERPO NEGRO

Planck observó que sorteaba está dificultad si modificaba la ley clásica de equipartición de la energía. A partir de la Fig. 2 se aprecia que esta ley predice satisfactoriamente los resultados experimentales a bajas frecuencias, es decir que la energía total promedio de cada OEM tiende a kT cuando la frecuencia es baja. Por otro lado, es de esperar que la discrepancia entre teoría y experimento se elimine si la energía promedio se hace muy pequeña cuando la frecuencia es alta. Estos resultados pueden cuantificarse con los siguientes límites:

Para calcular la energía promedio Ē es necesario determinar el valor de la integral mostrada en (7) donde cada valor de energía Ē permitido está pesado por la probabilidad de que cada ente físico tenga dicha energía. La distribución de probabilidad P(E) de la cual se deriva la ley de equipartición de la energía es la distribución de Boltzmann (ver ec. (8)). De este modo, la cantidad P(E)dE es la probabilidad de encontrar un ente físico con energía entre E y E+dE. Entonces, la energía total promedio de cada ente del sistema que se encuentra a temperatura T será:

Explícitamente la distribución de probabilidad P(E) de Boltzmann es:

La gran contribución de Planck surgió cuando postuló que la energía de las OEM dentro de la cavidad se intercambiaba discretamente. De este modo, Planck tomó los valores E=0, ∆E, 2∆E, 3∆E,5como el conjunto de valores permitidos para la energía siendo ∆E el intervalo uniforme entre valores sucesivos. Para entender conceptualmente el postulado de Planck, en la Fig. 3 se grafica EP(E) en función de la energía E de cada OEM [2]. En la parte superior de la Fig. 3 se grafica E vs. EP(E) para el caso en que ∆E«kT. En este caso se aprecia que el valor de la energía promedio por onda EM es Ē=kT, es decir similar al caso clásico. En la parte intermedia de la Fig. 3 se grafica el caso en que ∆E ~ kT, Ahora se obtiene que Ē<kT debido a que la mayoría de los entes físicos tiene energía E=0 porque P(E) es pequeño para el primer valor permitido de ∆E≠0. Finalmente, en la parte inferior de la Fig. 3 se muestra el caso ∆E»kT. En este caso se aprecia que la probabilidad de que un ente tenga energías permitidas mayores que cero es despreciable puesto que P(E) es muy pequeña y la energía promedio es Ē«kT.

Entonces, como la representación superior de la Fig. 3 debe cumplirse para la condición superior mostrada en (6) (v→0) y la representación inferior de la Fig. 3 para la condición inferior de (6) (v→α).

Entonces, Planck tomó la relación más simple posible [2]:

A partir del buen ajuste numérico a los datos experimentales, Planck determino el valor de la constante h (h=6.57x10-34 J.s), el cual resultó muy cercano al aceptado actualmente (h=6.626x10-34 J.s [2]).

A partir de resolver la sumatoria análoga a la integral (7), Planck obtuvo la energía promedio de cada OEM:

De este modo, el valor que se obtiene para la densidad energía espectral ρT (v)

usando la energía Ē(v) en lugar de kT, es:

Por último, en la Fig. 4 se compara la predicción de Planck (graficada en longitud de onda) con los resultados experimentales publicados por Coblentz en 1916 [8] para T=1595K.

A partir de la fórmula (11) para la densidad de energía espectral ρT (v) se derivan satisfactoriamente la ley de Stefan-Boltzmann y la ley de desplazamiento de Wien.

LEY DE DESPLAZAMIENTO DE WIEN

Cuando aumenta la temperatura de un radiador de cuerpo negro, aumenta la energía radiada general, y el pico de la curva de radiación se mueve hacia longitudes de ondas más cortas. Cuando se evalúa el máximo a partir de la fórmula de radiación de Planck, se encuentra que el producto de la longitud de onda máxima y la temperatura es constante

Esta relación se denomina ley del desplazamiento de Wien, y es útil para la determinación de la temperatura de objetos radiantes calientes tales como estrellas, y de hecho, para una determinación de la temperatura de cualquier objeto radiante, cuya temperatura es muy superior a la de su entorno.

Cabe señalar que el pico de la curva de radiación en la relación de Wien, es el único pico porque la intensidad se representa gráficamente como una función de la longitud de onda. Si se utiliza la frecuencia o alguna otra variable en el eje horizontal, el pico será a una longitud de onda diferente.

LEY DE STEFAN-BOLTZMANN

Supongamos que la radiación está confinada en un cilindro de volumen V, cerrado por un émbolo reflector. Si la presión de la radiación realiza un trabajo, aumentando el volumen del cilindro en δV, habrá que añadir un calor δQ para mantener la temperatura constante. Por el primer principio de la termodinámica

LEY DE RAYLEIGH-JEANS

Intenta describir la radiación espectral de la radiación electromagnética de todas las longitudes de onda de un cuerpo negro a una temperatura dada. Para la longitud de onda λ, es;

Dónde: c es la velocidad de la luz, k es la constante de Boltzmann y T es la temperatura absoluta.

En términos de frecuencia v, la radiación es:

La ley es derivada de argumentos de la física clásica. Lord Rayleigh obtuvo por primera vez el cuarto grado de la dependencia de la longitud de onda en 1900; una derivación más completa, la cual incluía una constante de proporcionalidad, fue presentada por Rayleigh y Sir James Jeans en 1905. Ésta agregaba unas medidas experimentales para longitudes de onda. Sin embargo, predecía una producción de energía que presentaba tendencia al infinito ya que la longitud de onda se hacía cada vez más pequeña. Ésta idea no se soportaba por los experimentos y el error se conoció como la catástrofe ultravioleta.

Procedimiento

1. Varíe la temperatura y determine la intensidad de radiación y la longitud de onda, obtenida de la simulación.

T [K] 3000 3250 3500 3750 4000 4250 4500 4750 5000

I [MW/m2/nm] 4 6 8 12 16 22 28 36 48

λmáx [nm] 1E-07 1,5E-07 2E-07 3E-07 4E-07 5,5E-07 7E-07 9E-07 1,2E-06

2. Grafique la energía total emitida por unidad de área en función de la cuarta potencia de la temperatura.

E =σ ·T4, con σ =5.670·10-8 (Wm-2K-4)

T [K] 3000 3250 3500 3750 4000 4250 4500 4750 5000

T4[K

4] 8,1E+13 1,1E+14 1,5E+14 2,0E+14 2,6E+14 3,3E+14 4,1E+14 5,1E+14 6,3E+14

E =σ ·T4[W/m

2] 4,6E+06 6,3E+06 8,5E+06 1,1E+07 1,5E+07 1,8E+07 2,3E+07 2,9E+07 3,5E+07

0,0E+00

5,0E+06

1,0E+07

1,5E+07

2,0E+07

2,5E+07

3,0E+07

3,5E+07

4,0E+07

81E+12 112E+12150E+12198E+12256E+12326E+12410E+12509E+12625E+12

E=

σ ·T

^4

[W/m

^2

]

T^4[K^4]

E Vs T^4

3. Grafique la temperatura (K) en función de la longitud de onda pico (nm).

λmax T = 2.9 × (10)^(-3) m/K T [K] 3000 3250 3500 3750 4000 4250 4500 4750 5000

λmáx [nm] 9,7E+02 8,9E+02 8,3E+02 7,7E+02 7,3E+02 6,8E+02 6,4E+02 6,1E+02 5,8E+02

λmax*T[m*K] 2,9E+06 2,9E+06 2,9E+06 2,9E+06 2,9E+06 2,9E+06 2,9E+06 2,9E+06 2,9E+06

3000

3250

3500

3750

4000

4250

4500

4750

5000

9,7E+028,9E+028,3E+027,7E+027,3E+026,8E+026,4E+026,1E+025,8E+02

T[K]

λmax[nm]

T Vs λmax*T

Análisis

1.Con relación a los puntos 2 y 3 ¿Qué conclusión obtienes?

La temperatura está directamente relacionada con el comportamiento que tendrá la energía al igual que con la magnitud del pico máximo de la onda.

Al aumentar la temperatura tambien lo hace la energia y el pico maximo de la onda.

2.Si un cuerpo negro absorbe toda la radiación que le llega también emitirá toda la radiación que recibe. Explique.

Este caso es posible cuando el cuerpo negro posea una temperatura constante o dicho de otra manera este en equilibrio térmico, y si emite toda la radiación que le llega, este estado de equilibrio térmico no cambiara, sin embargo si un cuerpo negro no emitiese la totalidad de la radiación que recibe, su temperatura cambiaría. Esto en concordancia con la ley de la conservación de la energía. Y la premisa de que un cuerpo negro es un objeto teórico o ideal.

3.¿Cómo aumenta la energía por unidad de superficie emitida por un cuerpo negro en la relación a la temperatura?

La energía emitida por un cuerpo negro por unidad de área y por unidad de tiempo (W/m2) es proporcional a la cuarta potencia de su temperatura absoluta T.

4. ¿Un cuerpo negro a una temperatura emite energía en forma de radiación por igual en todas las frecuencias?

En todas las frecuencias si se considera un sistema ideal, en el cual el cuerpo negro absorbe la energía en todas las frecuencias que le llegan de la misma manera hará la emisión. En la realidad no se encuentra un cuerpo negro ideal que absorba todas las frecuencias por igual y muestre este comportamiento.

5. La ley de Rayleigh-Jeans es igual a la ley de Planck, en el límite de las frecuencias bajas o altas. Explique.

No la ley de Rayleigh-Jeans es el límite de la ley de Planck en frecuencias cercanas a cero. Este modelo reproduce el espectro de cuerpo negro a bajas frecuencias por lo cual a estas frecuencias la ley de Planck se convierte teóricamente en la ley de Rayleigh-Jeans. Por lo tanto no serán iguales las dos leyes en los límites de frecuencias altas.

6. El filamento de una bombilla se puede considerar un cuerpo negro ideal. Explique.

Dado que los cuerpos negros perfectos no existen. La radiancia de un cuerpo en la realidad dependerá además de su temperatura superficial y frecuencia, también del acabado superficial y el ángulo de emisión. Por lo tanto el filamento de una bombilla no puede considerarse un cuerpo negro ideal, mas sin embargo existe afirmaciones teóricas de la categorización de los cuerpos grises dentro de los cuales se consideran el filamento de un bombillo.

7. Calcule la intensidad de la radiación solar en la órbita terrestre supuesta circular de radio 1.49 X1011 m.

Tome el radio del Sol como 6.96 X 108 m y suponga que se encuentra a una temperatura de 6500 K

� = �∗ 4��

�

IR=�

�∗�∗��

= 5.663 ∗ 10��

R=6.96 X 108 m

r= 1.49 X1011 m

P=5.663 ∗ 10��*((6500K)4)(4�*(6.96 X 108 m)2)=6.1535*1026(W)

IR=(6.1535*1026(W))/(4π*(1.49 X1011 m)2)=2205.7 (W/m2)

CONCLUSIONES

- Se comprendió como la determinación de un cuerpo oscuro en la realidad, no es posible debido a las aproximaciones teóricas que se requirieron para el planteamiento de las diferentes leyes concernientes al estudio de los cuerpos oscuros. Por lo tanto existen varias aproximaciones reales que permiten comprender el comportamiento de un cuerpo oscuro haciendo asociaciones y predicciones teóricas, como sería el caso del filamento de una bombilla.

- Se puede comprender de forma implícita la relación de la temperatura con la emisión de luz visible y la energía, y el cambio de temperatura de un cuerpo al recibir energía, y como esta característica corresponde con la ley de la conservación de la energía.

- Se observó cómo se requiere del equilibrio térmico, para determinar el comportamiento de un cuerpo oscuro y de la misma manera como los cuerpos oscuros se asumen como objetos ideales.

- Se evidencio como las teorías formuladas en la física cuántica tienen fundamentación desde la física mecánica tradicional, para conservar la línea teórica lógica, sin embargo se hacen distanciamientos en muchos aspectos que irán contra la lógica de física mecánica tradicional, esto debido al contexto de análisis correspondiente a cada una de las ramas de las físicas mecánica tradicional y cuántica.

BIBLIOGRAFÍA

1. Mott, Robert L., mecánica de fluidos. Sexta edición., PEARSON EDUCACION, México, 2006.

2. Física para Ciencias e Ingeniería | 5ta Edición | Raymond A. Serway 3. http://www.rafaelzamora.es/radiacion_cuerpo_negro.pdf 4. https://books.google.com.co/books?id=LbMTKJ4eK4QC&pg=PA8&dq=temp

eratura+absoluta&hl=es-19&sa=X&ved=0ahUKEwjdlqeM6cbNAhWFKyYKH SFLCDkQ 6AEIGjbAA#v=onepage&q=temperatura%20absoluta&f=false

5. http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/wien.html 6. http://astroverada.com/_/Main/T_termo.html 7. https://cuentos-cuanticos.com/2012/05/04/cuerpo-negro/ 8. http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/wien.html#c2 9. http://elfisicoloco.blogspot.com.co/2013/03/cuerpo-negro.html




Laboratorio virtual espectros.

Presenta:




Asesora disciplinar


OBJETIVO

En este laboratorio, se pretende estudiar y analizar la Determinación de los niveles de energía de 4 gases.

MARCO TEÓRICO

Serie de Lyman

es el conjunto de líneas que resultan de la emisión del átomo del hidrógeno cuando un electrón transita de n2 ≥ 2 a n1 = 1, donde n se refiere al número cuántico principal del electrón. La primera línea en el espectro ultravioleta de la serie de Lyman fue descubierta en 1906 por el físico de la Universidad de Harvard llamado Theodore Lyman. Las longitudes de onda (nm) en la serie de Lyman son todos ultravioletas.

Serie de Balmer

es el conjunto de rayas que resultan de la emisión del átomo de hidrógeno cuando un electrón transita desde un nivel n2 ≥ 3 a n1= 2 (donde n representa el número cuántico principal referente al nivel de energía del electrón). Las longitudes de onda (nm) de las líneas de la serie de Balmer se encuentran en el visible y el ultravioleta.

Serie de Paschen

(también llamada serie de Ritz-Paschen) es la serie de transiciones y líneas de emisión resultantes del átomo hidrógeno cuando un electrón salta de un estado de n2≥ 4 a n1= 3. Las longitudes de onda (nm) de las líneas de la serie de Paschen se encuentran en el infrarrojo cercano. Serie de Brackett

es el conjunto de líneas que resultan de la emisión del átomo del hidrógeno cuando un electrón transita de n2 ≥ 5 a n1 = 4. Sus líneas se encuentran en el infrarrojo.

Serie de Pfund

fueron experimentalmente descubiertas en 1924 por August Herman Pfund, y corresponden al electrón que salta desde el 6º y más altos niveles de energía del

átomo de hidrógeno, hasta llegar al nivel 5. n2≥ 6 a n1= 5. Las longitudes de onda (nm) de las líneas de la serie de Pfund se encuentran en el infrarrojo.

En la fórmula:

para n1=1 Serie de Lyman.

para n1=2 Serie de Balmer.

para n1=3 Serie de Paschen.

para n1=4 Serie de Brackett.

para n1=5 Serie de Pfund.

Espectro de emision del Mercurio

Hay un tubo espectral de mercurio, excitado por medio de un transformador de 5000 voltios. A la derecha de la imagen están las líneas espectrales a través de unarejilla de difracción de 600 líneas/mm.

Las prominentes líneas de mercurio, son de 435,835 nm (azul), 546,074 nm (verde), y un par de 576,959 nm y 579,065 nm (amarillo-naranja). Hay otras dos líneas azules de 404,656 nm y 407,781 y una línea débil de 491,604 nm.

Espectro de emision del Neon

Este es un intento de mostrar una imagen razonablemente precisa de la apariencia del espectro de neón, pero ambas imágenes son compuestas. La imagen de abajo está compuesta por segmentos de tres fotografías, para que las líneas amarillas y verdes sean más visibles, junto a las más brillantes líneas rojas. Luego, la imagen de abajo se redujo y se superpuso sobre la imagen de arriba, porque con una exposición razonable para el tubo luminoso, en la fotografía sólo serían visibles las líneas rojas.

Espectro de emision del Sodio

El bien conocido doblete brillante que es responsable de la luz de color amarillo brillante de una lámpara de sodio, puede utilizarse para demostrar varias de las influencias que causan el desdoblamiento de las líneas de emisión del espectro atómico. La transición que da lugar al doblete es desde el nivel 3p al 3s, niveles que serían iguales en el átomo de hidrógeno. El hecho de que el 3s (número cuántico orbital = 0) sea menor que el 3p (l=1), es un buen ejemplo de la dependencia de los niveles de energía atómica del momento angular. Espectro de emision del Hidrogeno

Un tubo espectral de hidrógeno, excitado por un transformador de 5000 voltios. A la derecha de la imagen se muestran las tres líneas de hidrógeno prominentes vistas a través de una rejilla de difracción de 600 líneas/mm. Clasificación aproximada de los colores espectrales: Violeta (380-435nm) Azul (435-500 nm) Cianuro (500-520 nm) Verde (520-565 nm) Amarillo (565- 590 nm) Naranja (590-625 nm) Rojo (625-740 nm)

Constante de Planck

Basándose en el concepto de que un objeto resonante puede producir energía. Max

Planck dedujo la constante de Planck, la cual es usada en la fórmula E=hv, siendo h la

constante de Planck con un valor de 6.62x10^-34 Jxs y v la frecuencia con la resuena

el objeto.

PROCEDIMIENTO

1. Usando la relación de Planck, obtenga las energías respectivas para cada nivel, de los 4 gases (en J y en eV) y construya el diagrama de niveles de energía. Hidrogeno

Color Longitud de onda Energia J Energia eV

Violeta 380 - 420 4,728*10-19 2,95

Turquesa 440 - 460 4,317*10-19 2,69

Azul 470 - 495 4,012*10-19 2,5

Verde 500 - 560 3,546*10-19 2,21

Amarillo 560 - 580 3,424*10-19 2,13

Naranja 600 - 620 3,203*10-19 1,99

Rojo 620 - 680 2,92*10-19 1,82

Neón


verde 540 3,677*10-19 2,29

amarillo 585 - 588 3,377*10-19 2,1

naranja 603 - 616 3,224*10-19 2,01

rojo-Naranja 621 - 626 3,172*10-19 1,97

roja 633 - 703 2,825*10-19 1,76

Mercurio


Violeta 4000 - 4200 4,728*10-20 0,295

Verde 5200 - 5400 3,677*10-20 0,229

Naranja 5600 - 5800 3,424*10-20 0,213

Rojo 7000 - 7200 2,758*10-20 0,172

Sodio


Amarillo 590 3,366*10-19 2,1

Naranja 620 3,203*10-19 1,99

2. ¿Hay diferencias entre los diagramas de niveles de energía para los 4

gases? Explique.

Aunque existe diferencia de energía tanto para el hidrogeno, mercurio, sodio y neón en sus diagramas existen ciertas relaciones en las cuales sus longitudes de onda se acercan a colores de sus opuestos compuestos, debido a esto su energía es relativamente cercana una a la otra.

3. Por qué son diferentes los espectros de los distintos elementos.

Son diferentes por el hecho de que la estructura atómica de cada elemento en la naturaleza está dada de cierta y única manera para cada uno, el efecto del espectro se da al enviar un fotón hacia un electrón de un nivel de energía del átomo del elemento estudiado, si utilizamos las fórmulas de Bohr, nos damos cuenta que por el cambio entre números atómicos obtendremos una cantidad diferente de energía. 4. Para el espectro del hidrógeno, establezca el error experimental respecto a los valores teóricos, en sus longitudes de onda.

CONCLUSIONES

1. Concluimos que el hecho de tomar una buena medición de datos y construir una tabla de datos adecuada se convierte en la base de todo el proceso del informe, lo cual nos lleva a tener un mayor control y cuidado de los datos medidos.

2. Encontramos lo valioso que es el hecho de poder observar en la realidad los saltos de energía y de esta manera poder manejar equipos de simulación que nos dan una idea del comportamiento de la materia en sí, nos permiten entender de mejor manera la teoría y más aún nos permite manejarla y explicarla. 3. Determinamos los niveles de energía de los elementos químico como el hidrogeno, mercurio, sodio y neón

4. El espectro de cualquier sustancia es una propiedad característica de esa sustancia, por lo tanto, se deduce que cada sustancia tiene su propio espectro, que nos permite distinguir un elemento de otro en este tipo de pruebas, por lo tanto él es espectro de un elemento la características de identidad única para cada uno de ellos. (Produciéndose el mismo por medio de incandescencia).

BIBLIOGRAFÍA

10. Física para Ciencias e Ingeniería | 5ta Edición, Tomo II | Raymond A.

Serway, McGRAW-HILL, México, 2002.

INFOGRAFIA

http://www.monografias.com/trabajos84/espectro-atomico-lineas/espectro-atomico-lineas.shtml

http://www.batanga.com/curiosidades/6041/10-curiosidades-sobre-max-planck-el-fundador-de-la-teoria-cuantica

http://pabdelrahim.blogspot.com.co/p/blog-page_61.html

http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/quantum/atspect2.html#c1

https://media4.obspm.fr/public/VAU/temperatura/radiacion/espectroscopia/lineas-hidrogeno/APPRENDRE.html




Cálculo de c = 299.792.458 metros por segundo.

Presenta:




Asesora disciplinar


Bogotá, Julio-2016

MARCO TEÓRICO

Historia de c.

La composición y velocidad de la luz han sido estudiadas por filósofos, teólogos y

científicos durante cientos de años. Los griegos fueron los primeros en escribir

acerca de sus creencias sobre la luz. Pensaban que emanaba de los objetos y que

la visión humana se emitía desde los ojos para capturar la luz. [1]

Al comienzo del siglo XVII muchos científicos creían que no había tal cosa como la

velocidad de la luz, pensaban que la luz podía viajar cualquier distancia en forma

instantánea. Galileo no estaba de acuerdo y diseñó un experimento. [1]

La velocidad de la luz (representada mediante c) actualmente no es una magnitud

medida, sino que se ha establecido un valor fijo en el Sistema Internacional de

Unidades. Desde 1983 el metro ha sido definido como la longitud que viaja la luz

en el vacío en el intervalo de tiempo 1/299792.458 de un segundo, de forma que la

velocidad de la luz se define exactamente 299792.458 km/s. [1]

Antes de la centuria de 1700 se aceptaba que la luz se transmitía de forma

instantánea. Su fundamento estaba bien establecido mediante la observación de

eclipses, pero el error fue no considerar que la velocidad podía ser tan grande que

no se detectara ningún efecto. [1]

Medidas basadas en observaciones astronómicas

Ole Roemer (1644-1710), fue el primero en medir la velocidad de la luz en 1676.

Detectó que el tiempo entre los eclipses del satélite Io de Júpiter era menor

cuando la distancia a la Tierra decrecía, y viceversa. El satélite queda oculto por la

sombra que proyecta el planeta Júpiter, y se puede detectar fácilmente el

momento en el que el satélite aparece de nuevo tras desaparecer brevemente de

la vista del observador terrestre. [1]

Obtuvo un valor de 214000 km/s, aceptable dada la poca precisión con la que se

podía medir en aquella época la distancia de los planetas.

En 1728 James Bradley (1692-1762) estudió la velocidad observando las

aberraciones de las estrellas, que es el desplazamiento aparente de las estrellas

debido al movimiento de la Tierra alrededor del Sol. Obtuvo un valor de 301000

Km/s. [1]

Medidas sobre la Tierra

Galileo (1564-1642) dudó que la velocidad de la luz fuera infinita y describió un

experimento. Dos personas toman una lámpara con rejillas y se colocan en la cima

de dos montañas diferentes. Una abría la rejilla de su lámpara y la otra debía abrir

la suya tan pronto como viera la luz de la lámpara del primero. De esta manera se

podía calcular cuánto tiempo habría pasado antes de que se viera la luz de la otra

montaña. La velocidad de la luz es tan elevada que es imposible detectarla

mediante un experimento de este tipo. [1]

Armand Fizeau (1818-1868) en 1849 usó un haz de luz reflejado en un espejo a

ocho Km. de distancia. El haz pasa a través de una rueda dentada cuya velocidad

se incrementa hasta que el haz de retorno ha pasado completo el hueco siguiente.

El valor obtenido es 315000 Km/s. Usando espejos en rotación, Leon Foucault

(1859-1868) en 1850, obtuvo un valor de 298.000 Km/s. [1]

Pruebas acertadas

Albert Abraham Michelson (1852-1931), en 1879, durante una reunión de la

Asociación Americana para el Progreso de la Ciencia, presentó el método que

había utilizado para determinar la velocidad de la luz, que halló ser de 300091

km/s, si bien en 1926, como consecuencia de los estudios que realizó en el

observatorio de Monte Wilson, dio como valor más correcto el de 299520 Km/s. [1]

En Estados Unidos, colaboró con Edward W. Morley (1838-1923) para realizar una

serie de experimentos con el interferómetro para conocer la influencia que el

movimiento de la Tierra pudiera ejercer sobre un supuesto éter. Estos trabajos

probaron la constancia de la velocidad de la luz, siendo la base del principio de la

relatividad de Einstein. En 1907 recibió el premio Nobel de Física. [1]

En 1907 Rosa y Dorsey lograron un valor de 299788 Km/s, el más exacto hasta el

momento.

Se han empleado otros métodos para mejorar la exactitud. En 1958, Froome llegó

al valor de 299792.5 Km/s, mediante un interferómetro de microondas y una celda

Kerr. A partir de 1970 con el desarrollo de aparatos de láser con una estabilidad

espectral muy grande y relojes de cesio exactos, ha sido posible mejorar las

medidas, llegando a ser conocida con tan sólo un error de un m/s. [1]

Índice de refracción

La velocidad de la luz en el vacío es la misma para todas las longitudes de onda,

pero cuando se propaga en un medio material es diferente para cada longitud de

onda. [2]

La frecuencia de una onda luminosa está determinada por la fuente y no varía al

propagarse. Si la frecuencia variase al pasar la luz de un medio a otro medio, se

acumularía energía en la superficie de separación de los mismos, lo que no se

observa que ocurra. [2]

La velocidad de propagación de la luz en un medio es menor que en el vacío,

mientras que su frecuencia no varía. Por lo tanto, la longitud de onda debe variar

al cambiar de medio. [2]

Recuerda que la velocidad de propagación de una onda es . Como se

cumple en cualquier medio, puedes escribir:

y

De donde, si se obtiene , ya que la frecuencia no varía. [2]

Para comparar la velocidad de la luz en un medio con la velocidad de la luz en el

vacío se utiliza el índice de refracción. [2]

El índice de refracción ( ) de un medio material se define como el cociente de la

velocidad de la luz en el vacío ( ) y la velocidad de la luz en el medio ( ). [2]

Leyes de refracción

La ley de la refracción de la luz: el seno del ángulo de incidencia, sen i, y el seno

del ángulo de refracción, sen r', de un rayo luminoso que atraviesa la superficie de

separación de dos medios transparentes están en las misma proporción para

cualquier valor del ángulo i; esto es, sen i /sen r' = n. Si la luz pasa de aire al agua,

sen i /sen r' = 4/3. [3]

Un cuerpo parcialmente sumergido en agua se ve chueco; como si se doblara al

entrar al agua. Este fenómeno se llama refracción. Además del agua se observa

en muchos otros medios transparentes, como el vidrio, llamados refringentes. Era

uno de los problemas ópticos pendientes de solución todavía hacia el siglo XIII.

Los fenómenos de refracción se incorporan a la óptica geométrica simplemente

suponiendo que los rayos luminosos cambian de dirección no sólo al reflejarse

sino también al pasar de un medio refringente a otro; por ejemplo, del agua al aire,

o del agua al vidrio, o del vidrio al aire. Un experimento sencillo que demuestra

este cambio de dirección se muestra en la figura 1. Una moneda pequeña en el

fondo de una taza vacía está apenas oculta por el filo de la taza en la figura 1 (a).

Llenando lentamente la taza con agua la moneda aparece poco a poco, hasta

observarse por completo, en la figura 1(b). Los rayos luminosos emitidos por la

moneda que llegan al ojo debido a que son refractados en la superficie del agua

se muestran en esa figura; la moneda se ve en la dirección de estos rayos. El

experimento muestra también que los rayos refractados están más cerca de la

superficie en el medio menos denso; el aire en la figura 1(b). [3]

Figura 1. Un experimento para demostrar la refracción de la luz. En (a) la moneda está apenas

oculta por una orilla de la taza. En (b) la moneda aparece al llenar lentamente la taza con agua.

Los rayos luminosos cambian de dirección al pasar del agua al aire.

La forma precisa en que cambia la dirección de los rayos en la refracción, esto es,

la ley de la refracción, no es tan simple como la ley de la reflexión. Tal vez por

esto, aunque el fenómeno de la refracción era conocido desde la antigüedad, la

ley de la refracción no fue descubierta sino hasta el siglo XV por el astrónomo

holandés Willebrord Snell, quien, inexplicablemente, no la dio a conocer,

describiéndola solamente en sus notas personales de investigación. La ley de la

refracción fue divulgada por Descartes en 1627, pero se conoce universalmente

como la ley de Snell. No relaciona los ángulos de los rayos luminosos con la

perpendicular a la superficie de refracción, sino los senos de esos ángulos. En

símbolos matemáticos se expresa así: sen (i) / sen (r') = constante = n; esto es, el

cociente de los senos de los ángulos de incidencia i y de refracción r' toma el

mismo valor para todos los valores posibles de estos ángulos. Por ejemplo, si los

rayos pasan del aire al agua la cantidad constante n, llamada índice de refracción,

vale 4/ 3 y se tiene sen (i) / sen (r') = 4/ 3. [3]

La ley de la refracción de la luz también puede ser deducida aplicando la ley de

variación del tamaño aparente con la distancia. La figura 2 muestra un sencillo

experimento para hacer esto. Dos monedas pequeñas se ponen en dos tazas, una

vacía y la otra parcialmente llena de agua. Observándolas desde arriba y a la

misma altura, la moneda sumergida en agua se ve más grande debido a que por

la refracción de la luz los rayos que emite se abren más al pasar por la superficie

del agua y llegan al ojo como si hubieran sido emitidos por una moneda más

cercana. De los tamaños aparentes de las dos monedas se deducen los ángulos

que forman los rayos con la perpendicular a la superficie; el de los rayos

refractados depende de la altura de llenado de la taza. Los senos de estos

ángulos se obtienen de una tabla de valores y dividiendo el mayor entre el menor

se encuentra que su cociente siempre es 4/ 3, el índice de refracción del agua;

independientemente de la altura de llenado de la taza. [3]

Figura 2. Un experimento para comprobar la ley de la refracción. La moneda sumergida en el agua

se ve más grande porque los rayos que parten de ella se abren al salir al aire y parecen llegar de

una moneda más cercana. Relacionando los tamaños aparentes con los ángulos de los rayos se

obtiene la ley de la refracción, o ley de Snell.

La hipótesis de los rayos luminosos y las leyes de la reflexión y de la refracción de

la luz son el fundamento de la óptica geométrica. Con ellas es posible predecir el

curso que tomarán los rayos luminosos que lleguen a lentes o a espejos. Por

ejemplo, en la figura 3, los rayos que llegan de un punto luminoso a la lente de una

lupa común son divergentes, pero se hacen convergentes al atravesarla debido a

las refracciones que ocurren en las dos superficies del vidrio. Después de alcanzar

el punto de convergencia los rayos vuelven a ser divergentes, de manera que si

los vemos desde un lugar más lejano aún, los percibimos como si se originaran en

el punto de convergencia; es decir, como si el objeto hubiera sido transportado a

ese lugar. Se dice que en este punto se forma una imagen real del objeto. Las

leyes de la refracción permiten calcular el lugar preciso donde se forma esa

imagen. Mirando con otra lupa en ese lugar se observa la imagen amplificada del

objeto. Así es, esencialmente, como funciona un telescopio (Figura 4). Este

instrumento utiliza dos lentes del tipo llamado convergente, parecidas a la de una

lupa en que son más gruesas en medio que en la orilla. La primera de ellas —

llamada objetivo— produce una imagen real de un objeto lejano, como la Luna, en

un punto atrás y cerca de la lente. La segunda lente del telescopio, llamada ocular,

se usa simplemente como una lente de aumento común para amplificar y observar

esta imagen (Figura 4). [3]

Figura 3. Una lupa intercepta rayos divergentes emitidos por un punto luminoso y los reúne en otro

punto. Los rayos reunidos parecen salir de este lugar. Se dice que aquí se forma una imagen real

del punto luminoso.

Figura 4. Un telescopio sencillo se compone de una lente, llamada objetivo, que forma cerca de ella

una imagen real de un objeto lejano, y de una lente de aumento, llamada ocular, con la que se

examina esta imagen.

Resumiendo lo anterior, la óptica geométrica está compuesta por una hipótesis, la

de los rayos rectos luminosos; por dos leyes derivadas de la experiencia, la de la

reflexión y la de la refracción de la luz, y por una ciencia matemática, la geometría,

con la que se puede aplicar metódicamente a los problemas ópticos. La óptica

geométrica ha sido extraordinariamente fructífera por estar basada en leyes que

se cumplen con precisión y en una ciencia tan completa como la geometría, pero

parte de su éxito es resultado de su hipótesis principal. Es decir, aunque no se ha

intentado siquiera aclarar de qué están hechos los rayos luminosos, deben estar

hechos de algo que se propaga como esos rayos; de otra manera la teoría no

habría tenido tanto éxito. [3]

Isaac Newton suponía que los rayos luminosos están compuestos por partículas

extraordinariamente diminutas que los cuerpos luminosos arrojan a gran velocidad

y que al penetrar al ojo e incidir sobre la retina estimulan la visión. Newton

apoyaba estas ideas en el fenómeno de la propagación rectilínea de la luz, pues

sólo suponiéndola compuesta por partículas independientes podía imaginar que

los rayos de luz pudieran ser separados unos de otros por medio de un popote

como en la figura 1, o de una lente convergente como en la figura 3. Otro

importante argumento que Newton daba en apoyo a esta idea era que la luz no da

la vuelta a cuerpos opacos; o bien, que la sombra geométrica de un cuerpo está

limitada por líneas rectas. Este argumento se esgrimía principalmente en contra de

las ideas de Descartes, quien suponía que la luz era una "especie de presión"

propagada alrededor de los cuerpos luminosos que al llegar al ojo estimulaba la

visión. Pero, argüía Newton, una zona de presión como ésta no tendría por qué no

propagarse alrededor de los cuerpos y entrar en la sombra geométrica; esto es, si

la luz fuera causada por esas "zonas de presión", también debería percibirse en la

sombra geométrica de cuerpos opacos. [3]

Las ideas de Newton desembocaban también en importantes conclusiones al

aplicarlas a la refracción de la luz. La figura 5 intenta explicar la refracción

estudiando el movimiento de una pelota de tenis. Debido a que la velocidad de la

pelota es diferente en el agua que en el aire, la dirección de su movimiento cambia

al atravesar la superficie; esto es, se refracta. Y se puede demostrar que si la

velocidad en el agua es menor que en el aire el ángulo de refracción r' es mayor

que el de incidencia i, como aparece en esa figura. Pero en la refracción de la luz

ocurre precisamente lo contrario, el ángulo de refracción es menor que el de

incidencia al pasar del aire al agua, o al pasar a cualquier otro medio más denso

como, por ejemplo, el vidrio. Es, entonces, inevitable concluir que, si estuviera

compuesta por partículas, la luz sería más rápida en los medios más densos. En

particular, debería ser más rápida en cualquier medio transparente que en el

vacío. En tiempos de Newton (1642-1727) sólo era posible medir la velocidad de la

luz por medios astronómicos y de ninguna manera en un laboratorio, como hubiera

sido necesario para medirla en agua, o en vidrio, y comparar este valor con el ya

conocido para el vacío. Por este camino, pues, no fue posible adentrarse en el

conocimiento de la naturaleza de los rayos luminosos por muchos años. [3]

Figura 5. La velocidad de una pelota de tenis disminuye y la dirección de su movimiento se acerca

a la superficie al entrar al agua. La luz, por el contrario, al entrar al agua se aleja de la superficie.

De esto se deduce que, si la luz estuviera formada por partículas, éstas se moverían más

rápidamente en agua que en aire.

Fizeau, el primer método terrestre Una vez admitidas la existencia de una

velocidad medible para la luz, los científicos se abocaron a determinar algún

método terrestre que permitiera medir la magnitud de la velocidad buscada. Ese

experimento adecuadamente controlado podría usarse para determinar la

velocidad de la luz con precisión creciente. El inconveniente máximo era la falta de

un dispositivo para medir cortos intervalos de tiempo. Fizeau logró este cometido

en base a una rueda dentada que giraba a una velocidad considerable y permitía

medir así el tiempo que demoraba la luz en recorrer una distancia de 8.663 metros

de ida y vuelta. El valor obtenido con este ingenio fué de 313000 km/s, valor que

supera al admitido en un 4%, pero tiene el invalorable mérito de ser un método

enteramente terrestre. Se debe destacar el cuidado con que se debió preparar el

sistema, las dificultades en el logro de una fuente de luz adecuada y el enfoque de

los espejos, en este aspecto creemos que se trata de una Azaña valorable

también desde el punto de vista de la mecánica. [4]

Foucault y el espejo giratorio Foucault, contemporáneo de Fizeau, realizó

mediciones exitosas de la velocidad de la luz, tuvo la idea de utilizar un dispositivo

que se basaba en un espejo giratorio que podía determinar el tiempo que

empleaba un rayo de luz en recorrer una distancia pequeña, del orden de unos

pocos metros. Con este dispositivo se pudo realizar mediciones dentro de los

límites de un laboratorio, esto permitió ajustar el procedimiento logrando un control

más eficaz. El mayor progreso que impuso esta nueva forma de medición fué la

posibilidad de medir la velocidad de la luz en diferentes medios transparentes,

agua, vidrio, etc. Estas mediciones funcionaron como experimentos cruciales en la

adopción de la teoría ondulatoria como superadora de la teoría corpuscular. [4]

Michelson el especialista, Michelson fue sin duda el más grande de los

estudiosos de la velocidad de la luz, pasó 25 años de su vida ocupándose de

medir la velocidad de la luz, para ello usó casi todos los métodos utilizados por sus

predecesores, algunos perfeccionados por él mismo y además creó métodos, el

más conocido es el espejo octogonal giratorio (1925), este dispositivo recuerda a

la rueda de Fizeau conjuntamente con el espejo giratorio de Foucault, con este

dispositivo midió la velocidad de la luz en un recorrido de 66 kilómetros, se trata de

la famosa experiencia realizada en el observatorio llamado Monte Wilson.

Consiguió medir la velocidad de la luz con un error probable del 0,1%. Uno de los

logros fundamentales fue la perfección con que se midieron los 33 kilómetros que

separaban el espejo giratorio del fijo. El valor obtenido para la velocidad de la luz

fue de 299790 km/s. velocidad de la luz 4 Se debe destacar que para determinar

la velocidad de la luz con una precisión del 0.1%, superando así en exactitud a

todas las mediciones producidas hasta entonces, medido inventó un aparato que

hoy se conoce con el nombre de interferómetro de Michelson y es utilizado para la

medición de longitudes del orden de la longitud de onda de la luz. Fue el primer

norteamericano que obtuvo el premio Novel, esto aconteció en el año 1907. Junto

a Moreley realizó la experiencia que pretendía determinar la existencia del éter

cósmico, en base a la variación de la velocidad de la luz, esta célebre experiencia

fracasó ya que no se logró determinar la existencia del éter, el resultado de esta

experiencia fallida inspiró a Albert Einstein para enunciar su teoría de la relatividad

especial. [4]

Otros métodos En el año 1950 se midió la velocidad de la luz mediante la célula

Kerr, este dispositivo que fue desarrollado por Kerr en 1875 aparato se conoce

también como "persiana electro-óptica" consiste en un recipiente que contiene

nitrobenceno, este material se torna ópticamente activo cuando se le aplica un

campo eléctrico transversal. Actualmente se usa en laboratorios el método de la

modulación de la luz, que usando una distancia muy corta permite medir la

velocidad de la luz con mucha aproximación. Este método se utilizaba en un

aparato usado en topografía, llamado telurómetro, con él se pueden medir grandes

distancias, entre puntos visibles, el método que usa es la modulación de la luz.

Con este instrumentó se midió la velocidad de la luz haciéndolo funcionar entre

puntos separados por una distancia conocida, luego con este dato, se pueden

medir distancias desconocidas. Naturalmente el conocimiento de la naturaleza

electromagnética de la luz proporciona otra forma de establecer su medición. Los

resultados obtenidos para la velocidad de la luz se usaron en la segunda guerra

mundial como aplicación a la determinación de las distancias por medio del radar

que se comenzaba a usar en esa época. [4]

Algunos experimentadores y sus resultados

(km/s) 1849 Fizeau Rueda dentada 315.000 Km/s 1862

Foucault Espejo giratorio 298.000±500 Km/s 1872

Cornu Rueda dentada 2980500±1000 Km/s 1879

Michelson Espejo giratorio 299.910±50 Km/s 1924



Michelson, Pease and Pearson Espejo giratorio 299774±4 Km/s 1936

Anderson Célula Kerr 299.771±10 Km/s 1950

Bergstrand Célula Kerr 299.793,1±0,26 Km/s [4]

Objetivo

Medir la velocidad de la luz (c)

Procedimiento

Use el transportador para medir los ángulos de incidencia θ1 y el ángulo de

refracción θ2; seleccione el aire como medio uno con un índice de refracción n1 y

para el medio dos use el agua con un índice de refracción n2.

Tome v1/v2 = n2/n1 y v1/senθ1 = v2/senθ2.

Donde, v1 = c y v2 es la rapidez de la luz en el medio dos.

Use estas dos ecuaciones para determinar c y v2. Complete la tabla.

El valor c se calculó con los datos obtenidos del simulador de acuerdo a la

ecuación v1/v2 = n2/n1. Sabiendo que V1=c.

PARAMETROS

n1

n2 1,34400

θ1 30,00000 ° 30,00000 °

θ2 21,00000 °

V2 0,74000 C 0,74405 C

V1 =c 1,00000 C C=299792458 m/s

Error relativo V2 %

C= m/s

Error relativo C %0,475148044

298368000,00

PRACTICO TEORICO

AGUA

0,54400

AIRE

PRACTICO TEORICO

1,00000 1,00000

PARAMETROS

n1

n2

θ1 70,00000 °

θ2 30,00000 °

V2 0,66000 C 0,65963 C

V1 =c 1,00000 C C=299792458 m/s

Error relativo V2 %

C= m/s

Error relativo C %

300168000,000

1,51600

0,05600

AIRE VIDRIO

PRACTICO TEORICO PRACTICO TEORICO

0,125267327

1,00000

ANLISIS DE DATOS

Para prevenir sumar errores producto del ojo humano y los propios del simulador,

para realizar los cálculos de V1 y V2 se optó por utilizar la ecuación;

��

��

=

��

��

� = ��=��

��

*�� =��

��

*��

CONCLUSIONES

- Se corroboro que el valor teórico de c, es certero teniendo en cuenta los

resultados arrojados por los cálculos realizados con la información del

simulador de la universidad de Colorado. Debido a que en las dos prácticas

realizadas el porcentaje de error fue pequeño para los dos casos, sin

embargo en la práctica de aire-agua el valor obtenido para c fue

ligeramente inferior y para el caso de la práctica aire-vidrio se registró un

valor un poco superior al teórico. Estas diferencias son aceptables teniendo

presente la complejidad que conlleva medir la velocidad de la luz en

experimentos reales, aun serán más complejas las aproximaciones para

predicciones matemáticas que modelen la física en una herramienta

computacional.

- El valor de c arrojado por el simulador nos permitió reafirmar la teoría del

comportamiento de la luz en diferentes medios, esto debido al valor de la

velocidad de la luz en el medio dos. Que para los dos montajes simulados

fue menor a la velocidad de la luz en el aire.

- Se encontró que con respecto a la teoría de la refracción de la luz existen

pequeñas diferencias entre la teoría y los algoritmos base que permite

realizar los cálculos para la simulación. Esto lo decimos debido a que en

caso en el que el rayo pasa del aire al agua, según la teoría consultada, la

constante n, denominada índice de refracción, equivale a 4/3 basados en

que el cociente entre el seno del ángulo de incidencia y el seno del ángulo

de refracción debe corresponder a 4/3. Sin embargo al realizar dicho

cociente entre los senos de los ángulos mencionados obtenidos de las

simulaciones, no se obtuvo la misma proporción más sin embargo si fue un

valor muy cercano. Esto se puede deber también a los errores de

aproximación visual que se hacen para leer la magnitud de los ángulos en

el transportador que posee el simulador.

- Se encontró como el simulador está en sintonía con la teoría consultada en

cuanto a que la medición de la velocidad de la luz por medio de este

montaje es aplicable solo en medios traslucidos si se espera obtener los

resultados predichos.

SUGERENCIAS

- Para la realización de esta práctica encontramos que es mejor hacer la

medición usando la opción rayo en vez de la opción onda, esto debido a

que la forma ancha de la onda, se dificulta la lectura de los ángulos de

incidencia, reflexión y refracción en el transportador, lo que conduce a tener

implícito en los cálculos un error de tipo humano por observación, mientras

que al usar la opción de rayo, el haz de luz es más delgado y permite una

mejor aproximación a los valores de los ángulos.

BIBLIOGRAFIA E INFOGRAFIA

- Física para Ciencias e Ingeniería | 5ta Edición, Tomo II | Raymond A.


[1]http://www.um.es/docencia/barzana/FIS/Velocidad_luz.html

[2]http://e-

ducativa.catedu.es/44700165/aula/archivos/repositorio/3000/3236/html/21_ndice_d

e_refraccin.html

[3]http://bibliotecadigital.ilce.edu.mx/sites/ciencia/volumen2/ciencia3/107/htm/sec_

8.htm

[4]https://lopezva.files.wordpress.com/2012/02/medicic3b3n-de-la-velocidad-de-la-

luz.pdf




Laboratorio virtual efecto fotoeléctrico

Presenta:




Asesora disciplinar


Bogotá, Julio-2016

Objetivos

- Calcular la longitud de onda umbral, frecuencia umbral y la función trabajo

para 5 materiales.

- Estudiar las características fundamentales para producir fotoelectrones.

Marco Teórico

Se llama efecto fotoeléctrico a la liberación de los electrones, átomos y moléculas

bajo la acción de una determinada luz, esta luz puede ser ultravioleta, visible o

infrarroja.

Para que el efecto fotoeléctrico ocurra se coloca dentro de un tubo a vacío una

placa metálica llamado cátodo conectado al punto negativo de la fuente y una

placa llamada ánodo conectada al polo positivo de la fuente, al iluminarse el

cátodo entre este y el ánodo se produce una corriente denominada corriente

fotovoltaica que se puede medir a través del galvanómetro, estas placas se

conectan al vacío para garantizar que la corriente que se produzca sean los

arrancados del metal a estos se les denomina fotoelectrones [1,2].

¿Qué es la función trabajo?

La función trabajo es la energía mínima con la cual un electrón está ligado al metal

y es una característica del metal usado.

La Tabla 1 muestra varios metales con su respectiva función trabajo (W0) y la

longitud de onda umbral (λ0).

Esta λ0 es la máxima longitud que se debe incidir sobre la placa metálica para que

exista el efecto fotoeléctrico si esta longitud es mayor a este valor no se produce el

efecto fotoeléctrico.

Como c=λf la frecuencia es inversamente proporcional a la longitud de onda (λ),

luego par que ocurra el efecto fotoeléctrico la frecuencia de la luz incidente debe

ser mayor a una determinada frecuencia,

Ejercicio 1:

Adicione dos columnas a la siguiente tabla y complétala calculando la frecuencia

máxima.

Tabla 1

Ejercicio 2:

Use sodio (Na) y λ = 800 nm en el simulador y comience a disminuir la λ, observe

que la corriente (I) es cero. Luego disminuya λ hasta llegar a la λ umbral del Na

(λ=525 nm) y observe como la I comienza aumentar, osea que comenzara a

aparecer fotoelectrones viajando del ánodo al cátodo. Siga disminuyendo λ y mire

ELEMENTOFUNCION

TRABAJO (eV)

LONGITUD DE

ONDA UMBRAL

(nm)

FRECUENCIA

MAXIMA (Hz)

A PARTIR λ

f=λ/C

FRECUENCIA

MAXIMA (Hz)

A PARTIR FUNC TRAB

f=E0/h

Ag 4,73 262 1,145E+15 1,14217E+15

Al 4,08 304 9,868E+14 9,8521E+14

As 3,75 331 9,063E+14 9,05524E+14

Au 5,10 245 1,224E+15 1,23151E+15

Ba 2,70 459 6,536E+14 6,51977E+14

Be 4,98 249 1,205E+15 1,20254E+15

Bi 4,34 286 1,049E+15 1,04799E+15

C 5,00 248 1,210E+15 1,20736E+15

Ca 2,87 432 6,944E+14 6,93027E+14

Cd 4,08 304 9,868E+14 9,8521E+14

Ce 2,90 428 7,009E+14 7,00272E+14

Co 5,00 284 1,056E+15 1,20736E+15

Cr 4,50 276 1,087E+15 1,08663E+15

Cs 2,14 579 5,181E+14 5,16752E+14

Cu 4,70 264 1,136E+15 1,13492E+15

Rb 2,26 548,4 5,470E+14 5,4597E+14

Fe 4,81 258 1,163E+15 1,16149E+15

Ga 4,32 287 1,045E+15 1,04316E+15

Hg 4,48 277,1 1,083E+15 1,08059E+15

K 2,29 541 5,545E+14 5,52973E+14

La 3,50 354 8,475E+14 8,45155E+14

Li 2,93 423 7,092E+14 7,07516E+14

Mg 3,66 339 8,850E+14 8,83791E+14

Mn 4,10 302 9,934E+14 9,90039E+14

Mo 4,95 250 1,200E+15 1,19529E+15

Na 2,36 525 5,714E+14 5,69876E+14

Nb 4,30 288 1,042E+15 1,03833E+15

Ni 5,35 232 1,293E+15 1,29188E+15

Os 5,93 209 1,435E+15 1,43193E+15

Pb 4,25 292 1,027E+15 1,02626E+15

Pt 5,93 209 1,435E+15 1,43193E+15

Re 4,72 263 1,141E+15 1,13975E+15

como aumenta el número de fotoelectrones emitidos junto con la I. Complete la

Tabla 1.

Grafique I [A] en función de λ [nm]

Tabla 1.

SODIO

λ [nm] I [A] Color

800,0 0,000 IR

525,0 0 VERDE

469,0 0.015 AZUL CLARO

450,0 0.026 AZUL OSCURO



400,0 0.071 VIOLETA

300,0 0.278 U.V.

200 0.838 U.V.

Repita lo anterior para los metales zinc, cobre, platino, calcio y grafique I vs λ para

los 5 metales, pero en un solo plano cartesiano

ZINC

λ [nm] I [A] Color

800,0 0,000 I.R.

265,0 0,000 U.V.

250,0 0,030 U.V.

240,0 0,050 U.V.

220,0 0,108 U.V.

200,0 0,199 U.V.

180,0 0,332 U.V.

150,0 0,650 U.V.

100,0 0,441 U.V.

COBRE

λ [nm] I [A] Color

240,0 0,000 U.V.

235,0 0,021 U.V.

220,0 0,053 U.V.

210,0 0,084 U.V.

200,0 0,108 U.V.

190.0 0,124 U.V.

180,0 0,238 U.V.

150,0 0,526 U.V.

100,0 0,441 U.V.

PLATINO

λ [nm] I [A] Color

185,0 0,000 U.V.

170,0 0,046 U.V.

160,0 0,093 U.V.

150,0 0,160 U.V.

140,0 0,252 U.V.

130,0 0,376 U.V.

120,0 0,529 U.V.

110,0 0,485 U.V.

105,0 0,463 U.V.

CALCIO

λ [nm] I [A] Color

380,0 0,000 U.V.

350,0 0,040 U.V.

300,0 0,126 U.V.

250,0 0,292 U.V.

220,0 0,454 U.V.

200,0 0,600 U.V.

180,0 0,789 U.V.

160,0 0,706 U.V.

110,0 0,485 U.V.

Grafica I vs λ para los 5 elementos.

Ejercicio 3:

¿Por qué la corriente que se genera por el efecto fotoeléctrico depende de la

intensidad de la fuente de la luz?

Al variar la intensidad de la luz, se está variando la cantidad de fotoelectrones

liberados por la incidencia de la luz en la placa, lo cual está relacionado de forma

proporcional con la cantidad de fotoelectrones liberados y de esa manera con el

flujo de corriente que se genera con este fenómeno. Por tanto a mayor intensidad

lumínica mayor será el número de fotoelectrones viajando del ánodo al cátodo y

mayor la magnitud de la corriente.

Use el Na con λ=100 nm y la Intensidad al 0%.

Aumente la intensidad y observe como va aumentando la cantidad de

fotoelectrones que viajan del cátodo al ánodo por consiguiente aumenta la

corriente. Complete la siguiente Tabla 2.

Tabla 2. Sodio.

Tabla 3. Zinc.

Intensidad 0% 20% 40% 60% 80% 100%

I [A] 0 0.176 0.353 0.529 0.706 0.882

Intensidad 0% 20% 40% 60% 80% 100%

I [A] 0 0.176 0.353 0.529 0.706 0.882

Tabla 4. Cobre.

Intensidad 0% 20% 40% 60% 80% 100%

I [A] 0 0.176 0.353 0.529 0.706 0.882

Tabla 5. Platino.

Intensidad 0% 20% 40% 60% 80% 100%

I [A] 0 0.176 0.353 0.529 0.706 0.882

Tabla 6. Calcio.

Intensidad 0% 20% 40% 60% 80% 100%

I [A] 0 0.175 0.351 0.528 0.706 0.882

Ejercicio 4: ¿Por qué la energía cinética máxima con que se emiten los

fotoelectrones depende de la frecuencia de la luz y no de su intensidad?

Al ser la longitud de onda inversamente proporcional a la frecuencia, el tener una

frecuencia con valores altos generara también el aumento de la energía cinética,

teniendo presente que la frecuencia debe superar la frecuencia de corte para que

se genere el movimiento de fotoelectrones entre los placas. Por otro lado la

energía cinética está relacionada con la característica individual de cada electrón y

no con la cantidad de ellos que sean emitidos, siendo esto último lo que está

relacionado con la intensidad de la luz.

Use el Na y su longitud de onda umbral λ=525 nm y varié la intensidad de la

lámpara sobre la placa metálica.

Tabla 7.

Intensidad 0% 20% 40% 60% 80% 100%

Corriente[A] 0 0 0 0 0 0

Ejercicio 5:

Recordemos que si la ley de la conservación de la energía que nos dice que la

energía antes del choque es igual a la energía después de choque luego la

energía cinética del fotón (E=hf) antes del choque es igual a la función trabajo (Wo)

más la energía cinética del electrón después del choque (K)

hf=Wo +K

o lo que es lo mismo

K =hf - Wo

Donde hf=hc/λ donde λo corresponde a la longitud de onda umbral, la energía

cinética es K=mv2 /2 donde v es la rapidez con que sale el electrón.

Use el sodio (Na) para calcular la energía cinética y la rapidez con que sale el

electrón [3,4]

SODIO

λ[nm] 525 389 268 246 185 150 130 100 85

K [eV]

47545.7311 541472.495 894570.212 972646.532 1237585.82 1443134.56 1590823.22 1881196.72 2076021.26

v[m/s]

0.00642857 0.83376607 2.27572761 2.69030488 4.35554054 5.9225 7.19673077 10.06375 12.2561765

f [Hz]

5.7143E+14 7.7121E+14 1.1194E+15 1.2195E+15 1.6216E+15 2E+15 2.3077E+15 3E+15 3.5294E+15

ZINC

λ[nm] 268 246 185 170 160 150 130 100 85

K [eV] 0,335727

61 0,75030488 2,41554054 3,00808824 3,46484375 3,9825 5,25673077 8,12375

10,316176

5

v[m/s] 343595,7

82 513656,961 921640,304 1028488,83 1103814,56

1183401,

69 1359603,14 1690178,48

1904643,3

9

f [Hz] 1,1194E+

15 1,2195E+15 1,6216E+15 1,7647E+15 1,875E+15 2E+15 2,3077E+15 3E+15

3,5294E+1

5

PLATINO

λ[nm] 209 180 175 170 160 150 130 100 85

K [eV] 0.014377

99 0.97208333 1.16928571 1.37808824 1.83484375 2.3525 3.62673077 6.49375

8.6861764

7

v[m/s] 71105.53

17 584663.58 641231.155 696133.936 803255.738

909534.3

57 1129306.82 1511130.86

1747706.9

7

f [Hz] 1.4354E+

15 1.6667E+15 1.7143E+15 1.7647E+15 1.875E+15 2E+15 2.3077E+15 3E+15

3.5294E+1

5

COBRE

λ[nm] 264

230 185 170 160 150 130 100 85

K [eV] 0.00596591 0.70163043 2.01554054 2.60808824 3.06484375 3.5825 4.85673077 7.72375

9.9161764

7

v[m/s] 45802.8612 496716.404 841879.747 957669.008 1038146.07

1122399.

31 1306851.7 1648042.46

1867352.9

7

f [Hz] 1.1364E+15 1.3043E+15 1.6216E+15 1.7647E+15 1.875E+15 2E+15 2.3077E+15 3E+15

3.5294E+1

5

CALCIO

λ[nm] 432

310 268 246 185 150 130 100 85

K [eV] 0.00586806 1.13766129 1.76572761 2.18030488 3.84554054 5.4125 6.68673077 9.55375

11.746176

5

v[m/s] 45425.6763 632500.37 787981.728 875614.422 1162874.88

1379600.

2 1533420.31 1832910.37

2032368.9

6

f [Hz] 6.9444E+14 9.6774E+14 1.1194E+15 1.2195E+15 1.6216E+15 2E+15 2.3077E+15 3E+15

3.5294E+1

5

NOTA: El valor de longitud de onda umbral para el elemento Zinc no se encontró

listado en la tabla 1, fue obtenido de manera práctica por medio del simulador de

la universidad de Colorado. Y el valor para el mismo de la función trabajo de dicho

elemento fue obtenido de la teoría. Para la escala de longitud de onda el primer

valor usado, corresponde al valor umbral para cada elemento.

Repita lo anterior para los metales zinc, cobre, platino, calcio y grafique K vs f

para los 5 metales, pero en un solo plano cartesiano.

Grafica K vs f para los 5 elementos.

Marco Teórico

Para la realización del marco teórico responda las siguientes preguntas [1-5]:

1. ¿En qué consiste el efecto fotoeléctrico?

El efecto fotoeléctrico consiste en la emisión de electrones (corriente eléctrica) que

se produce cuando la luz incide sobre una superficie metálica en determinadas

condiciones.

Si la luz es una corriente de corpúsculos o fotones y cada uno de ellos tiene una

energía hν, esta energía podría ser capaz de arrancar un electrón de la red

cristalina del metal y comunicarle, además, una energía cinética. La expresión

matemática que lo explica sería la siguiente:

hν = hνο + Ec

Siendo:

•hνο: Energía de atadura del electrón al átomo metálico; Energía mínima que ha

de tener el fotón para arrancar el electrón

•Ec: Energía cinética comunicada al electrón una vez arrancado.

Este razonamiento de Einstein explica también el hecho de que la velocidad de

salida de los electrones fuese proporcional a la frecuencia de la luz incidente y que

la energía cinética de los electrones tuviese unos valores discretos determinados.

2. ¿Cuáles son las predicciones clásicas sobre el efecto

fotoeléctrico?

La teoría clásica establece los siguientes tres hechos. Primero, el vector eléctrico

oscilante E de la onda luminosa aumenta en amplitud conforme aumenta la

intensidad del haz luminoso. La fuerza aplicada al electrón es eE, entonces, la

energía cinética de los fotoelectrones también debería aumentar de acuerdo con el

aumento en intensidad del haz luminoso. Sin embargo, el resultado experimental

dice que Kmax es independiente de la intensidad.

Segundo, según la teoría ondulatoria, el efecto fotoeléctrico debería ocurrir para

cualquier frecuencia de la luz tomando en cuenta solamente que la intensidad de

la luz sea lo suficientemente intensa como para dar la energía necesaria para

emitir los fotoelectrones.

Los resultados experimentales muestran que para cada tipo de superficie material

existe una frecuencia de corte característica tal que por debajo de ésta el efecto

fotoeléctrico no ocurre, sin importar la intensidad del haz luminoso.

Tercero, si la energía adquirida por un fotoelectrón es absorbida de la onda que

incide sobre la placa de metal, el “área efectiva del blanco” para un electrón en un

metal está limitada y probablemente no sea mucho mayor que un círculo de un

diámetro atómico. En la teoría clásica la energía luminosa se encuentra

uniformemente distribuida sobre el frente de onda.

Entonces, si la luz es suficientemente débil existirá un tiempo de retraso

mensurable entre el instante en que la luz empieza a incidir sobre la superficie y la

expulsión del fotoelectrón. Durante este intervalo el electrón deberá absorber

energía del haz hasta acumular la suficiente para escapar. Sin embargo, nunca se

ha medido un tiempo de retraso.

Tomado de M.A. Rodríguez-Meza1 y J.L. Cervantes-Cota, Depto. De Física, Instituto

Nacional de Investigaciones Nucleares, México D.F., México. Página web

http://www.fisica.ru/dfmg/teacher/archivos/efecto_fotoelectrico.pdf. Consultado el

27 de junio de 2016.

3. ¿Qué es el potencial de frenado Vo?

Si la polaridad de la fuente de tensión se invierte, la intensidad de corriente

disminuye, hasta que se anula para un potencial |V0|, llamado potencial de

frenado. Este potencial es tal que frena a los electrones más rápidos emitidos

desde el metal.

El potencial de frenado depende del material emisor de electrones y de la

frecuencia de la radiación incidente, de forma que, para cada material, existe una

frecuencia Ƴ0 denominada frecuencia umbral por debajo de la cual no se produce

el efecto fotoeléctrico.

Tomado de efectos corpusculares de la radiación http://www.google.com.co

/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=23&ved=0ahUKEwiYuv-Bx8jNAhVM

wiYKHXg7Ba04FBAWCCowAg&url=http%3A%2F%2Fmoodle.utmachala.edu.ec%2Fpl

uginfile.php%2F1%2Fblog%2Fattachment%2F220%2Fefecto%2520fotoelectrico.pd

f&usg=AFQjCNHRUrxwvUFHhP64z1oMMUFhOAbabw&sig2=tvldxmSeqoTTae4SWIS06

Q. Consultado el 27 de junio de 2016.

4. ¿A qué se denomina frecuencia umbral o de corte fo?

La frecuencia umbral de la luz que provoca el efecto fotoeléctrico es aquella

frecuencia mínima con la que se comienza a detectar la emisión de electrones y

es específica de cada material.

5. ¿Qué se entiende por función de trabajo en el efecto

fotoeléctrico?

"Wo" es la función trabajo definida como la energía mínima necesaria para que el

electrón pase a través de la superficie del metal y escape de las fuerzas de

atracción que normalmente fijan el electrón al metal. Se dice que un fotón de

frecuencia, tiene justamente la energía suficiente para extraer los fotoelectrones,

por lo tanto a la frecuencia, Kmax es cero, se denomina la frecuencia de corte.

CONCLUSIONES

- ¿En qué consiste el efecto fotoeléctrico?

De acuerdo a las observaciones de las simulaciones del laboratorio se puede

decir, que el efecto fotoeléctrico es la consecuencia de la incidencia de la luz

sobre una placa de un material, a una frecuencia especifica o mayor a esta, lo cual

genera el desprendimiento de un fotoelectrón de la placa, la cual a su vez se

encuentra conectada a una diferencia de potencial y dicho fotón viajara entre el

ánodo y el cátodo generando una corriente eléctrica.

- ¿Cuáles son las predicciones clásicas sobre el efecto

fotoeléctrico?

Si se aumenta la intensidad de la luz, manteniendo una frecuencia en la cual se

produzca el efecto fotoeléctrico, se aumentara la cantidad de fotoelectrones

desprendidos de la placa y estos conservaran la misma energía cinética a

cualquier intensidad de la bombilla superior a la necesaria.

Si se aumenta o disminuye la longitud de onda de la luz, esto genera como

consecuencia el aumento o disminución de la energía cinética en el fotoelectrón

luego de alcanzar la longitud umbral necesaria para desprenderlo de la placa. Y a

la misma vez conllevara el aumento de la corriente generada por el movimiento de

los electrones entre las placas.

- ¿Qué es el potencial de frenado Vo?

Para el caso práctico del laboratorio, es la diferencia de potencial de la batería que

permite; que si bien se desprendan electrones, estos no puedan llegar al cátodo o

dicho de otra forma se frenan en el camino y de esta manera no se producirá

corriente.

- ¿A qué se denomina frecuencia umbral o de corte fo?

Es la frecuencia mínima necesaria que permita el desprendimiento de electrones

desde la placa a través de la incidencia de una luz sobre la superficie de esta.

- ¿Qué se entiende por función de trabajo en el efecto fotoeléctrico?

Es la energía mínima que permita que el fotón pueda ser liberado de la superficie

de metal, que está relacionada directamente con la frecuencia umbral

característica de cada material.

- Se comprobó cómo el comportamiento fotoeléctrico de un material se

puede modificar por varias características físicas, como lo son la longitud de

onda, la diferencia de potencial entre ánodo y cátodo así como la intensidad

de la bombilla o haz de luz incidente. Todos estos relacionados con los

elementos teóricos enunciados en el marco teórico, lo que sirve para

comprobar la veracidad de la teoría por medio de la simulación práctica.

- Se observó como para cada color que se encuentra en el espectro visible y

el no visible, corresponde una frecuencia específica que a la misma vez

está sujeta a una longitud de onda también específica, y de la misma

manera como cada elemento posee una franja de emisión definida en el

espectro.

BIBLIOGRAFÍA

11. Física para Ciencias e Ingeniería | 5ta Edición, Tomo II | Raymond A.


Infografía sugerida por la asesora disciplinar.

[1]https://youtu.be/1yn7HfnDLEY?list=PL_WWP_955r3uSEuBynwQXGP1JvSxKzc

sz

[2] https://youtu.be/yvod3JGb5zg

[3] http://es.wikibooks.org/wiki/F%C3%ADsica/F%C3%ADsica_moderna/Efecto_fot

oel%C3%A9ctrico.

[4] http://www.anfei.org.mx/revista/index.php/revista/article/view/210/718

[5]http://arodrice.blogspot.com.co/2013/04/efecto-fotoelectrico.html

Infografía consultada por los autores del informe.

https://www.youtube.com/watch?v=exDE2u8mTVw

http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/cuantica/fotoelectrico/fotoelectrico.htm

http://docencia.udea.edu.co/cen/tecnicaslabquimico/01intro/intro03.htm

http://recursostic.educacion.es/newton/web/materiales_didacticos/efectofotoelectri

co_prob/resuelto.pdf

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