FÍSICA MODERNA
INFORME FASE 2
GRUPO No. (1)
CRISTIAN CAMILO ESCUDERO - 1053778965
WILMAN DARIO LOPEZ CARMONA - 98645607
NOMBRE COMPLETO DEL ESTUDIANTE - CÉDULA DE CIUDADANÍA
Solo se incluyen a los estudiantes que hicieron aportes reales al trabajo
UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD
ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍA E INGENIERÍA
(NOMBRE DEL CEAD)
(19/Octubre/2015)
CONTENIDO
Página
INTRODUCCIÓN.....................................................................................................3
2. MARCO TEÓRICO...............................................................................................4
3. RESULTADOS.....................................................................................................5
3.1 Resultados Actividad 1...................................................................................5
3.2 Resultados Actividad 2...................................................................................6
3.3 Resultados Actividad 3...................................................................................7
3.4 Resultados Actividad 4...................................................................................8
3.5 Resultados Actividad 5...................................................................................8
4. ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS....................................................................10
4.1 Actividad 1....................................................................................................10
4.2 Actividad 2....................................................................................................10
4.3 Actividad 3....................................................................................................10
4.4 Actividad 4....................................................................................................10
4.5 Actividad 5....................................................................................................10
5. CONCLUSIONES...............................................................................................11
6. BIBLIOGRAFÍA..................................................................................................12
INTRODUCCIÓN
La introducción debe ser breve y debe expresar los aspectos importantes que
compone el trabajo colaborativo, en general se debe elaborar después de tener
completo el resto del documento.
3
2. MARCO TEÓRICO
Es una descripción breve de las teorías desarrolladasen este trabajo colaborativo y debe contener las fórmulas que utilizan en los desarrollos de las actividades.
Nota: Máximo 2 hojas…
4
3. RESULTADOS
3.1 Resultados Actividad 1.
La temperatura de un objeto es de T grados centígrados.
a) Suponiendo que el objeto es un cuerpo negro ¿Cuál es la longitud de onda pico de la radiación que emite? De la respuesta en nm.
b) Si se supone un área de superficie total de XA metros cuadrados, ¿Cuál es la potencia total emitida por el objeto? De la respuesta en W.
c) Compruebe el resultado del ítem a) haciendo uso del simulador 2 que está en el entorno de aprendizaje práctico. (Anexe la imagen de la simulación obtenida en el informe).
Ejercicio 1. Nombre: CRISTIAN CAMILO ESCUDEROSolución (mostrar el paso a paso)…a) La ley de desplazamiento de Wien nos indica que:
λmax T=2,8976 x10−3mK
Entonces
λmax=2,8976 x10−3 mK
T=2,8976 x10−3mK
8020,15K=3,612 x10−7m=361,2nm
b) La ley de Stefan-Boltzmann nos indica que:
E=σ T 4
Donde σ=5,67 x10−8W /m2 K4
Pero la energía también es:
E= PA
Entonces
P=E∗A=σ T 4 A
P=( 5,67 x10−8Wm2 K 4 )(8020,15 K )4 ( 24m2 )=5630205728W
5
Imagen de la simulación…
Ejercicio 2. Nombre: Wilman Darío López CarmonaSolución (mostrar el paso a paso)…T = 23277° C XA = 14 m2
Para la solución del problema utilizamos las siguientes leyes
Ley de Stefan-Boltzmann
P=σAe T 4
Se tienen los datos de P=¿?
A=14m2
e=1
T 4=24050,15 K
σ=5,67∗10−8 W /m2 K 4
6
P=[5,67∗10−8 W
m2 K4 ]∗14 m2∗1∗24050,15 K 4
P=0,01909100W
Longitud de onda máxima aplicando ley de desplazamiento de Wien
λmax∗T=2,898∗10−3mK
λmax=2,898∗10−3 mK
24050,15 K
λmax=0,00000012049m
λmax=120,498209nm
A continuación la simulación solicitada:
Imagen de la simulación…
7
Ejercicio 3. Nombre: Julanito 2 Perez 2…Solución (mostrar el paso a paso)…a)…b)…
Imagen de la simulación…Etc…Ejercicio 4. Nombre: Javier Antonio Builes Velez
Para la solución del problema utilizamos las siguientes leyes
Ley de Stefan-Boltzmann
P=σAe T 4
Se tienen los datos de=
P=¿?
A=40m2
e=1
T 4=7341.151 K
σ=5,67∗10−8 W /m2 K 4
8
P=[5,67∗10−8 W
m2 K4 ]∗40m2∗1∗7341.151 K4
P=0,01664973W
Longitud de onda máxima aplicando ley de desplazamiento de Wien
λmax∗T=2,898∗10−3mK
λmax=2,898∗10−3 mK
7341.151
λmax=394,76E-9 m
λmax=394,76 nm
Para la tabla de datos quedaría
Para la gráfica témenos:
9
3.2 Resultados Actividad 2.
Considere un objeto a temperatura de T grados centígrados. Para el pico de la distribución espectral calcule:
a) La longitud de onda máxima (es decir, el pico espectral) en nm.
b) La frecuencia de un fotón para la anterior longitud de onda en Hz.
c) La energía de un fotón para la anterior longitud de onda en eV.
Usted puede comprobar el cálculo de la longitud de onda máxima haciendo uso del simulador 1. No es necesario que coloque las imágenes de las simulaciones en el informe.
Ejercicio 1. Nombre: CRISTIAN CAMILO ESCUDEROSolución (mostrar el paso a paso)…a) La ley de Wien
10
λmax=2,8976 x10−3 mK
T=2,8976 x10−3mK
341,15K=8,493 x 10−6 m=8493nm
b) La frecuencia es
f = cλmax
= 3 x108 m /s8,493 x 10−6 m
=3,532x 1013 Hz
c) La energía del fotón es
E=hcλ
=(6,62 x10−34 J∗s ) (3 x108 m /s )
8,493 x 10−6 m=2,338 x10−20 J=0,145eV
Ejercicio 2. Nombre: Wilman Darío López CarmonaSolución (mostrar el paso a paso)…
T= 32° C32 °C son305,15 K
λmax∗T=2,898x 10−3 mK
λmax=2,898∗10−3 mK
305,15 K=0,00000949696 m=9,496968704 nm
v= cλ
Donde V es la frecuencia y C es velocidad de la luz
V= 3∗108 m /s0,00000949696m
=31,58905587 x1012hz
E=hv=hfE ( Energia radiante )
h (Constantede planck 6,626E−34 J .S )v ( v tambien se pone como f dadoque es la frecuenciaderadiacion )
c= λ∗v
v= cλ
11
E=hcλ
E=( 6,626x 10−34 js ) (3∗108 m/ s)
0,00000949696 m=2,093090842x 10−20 j=0,13064046046635 eV
Ejercicio 3. Nombre: Julanito 2 Perez 2…Solución (mostrar el paso a paso)…a)…b)…c)…
Ejercicio 4. Nombre: Javier Antonio Builes Velez
41 ° C son314,1500 K
Longitud de onda máxima aplicando ley de desplazamiento de Wien
λmax∗T=2,898∗10−3mK
λmax=2,898∗10−3 mK
7341.151=9,22E-06m=9,22nm
La frecuencia de un fotón para la longitud anterior
V= cλ
Donde V es la frecuencia
12
C es velocidad de la luz
V= 3∗108m / s9,22 E−06m
=3,25E+13hz
La energía de un fotón para
E=hf =1240 Ev∗nm9.22nm
=134,49eV
La tabla de datos quedaría
3.3 Resultados Actividad 3.
Nombre: CRISTIAN CAMILO ESCUDERO
# T[K]ET [ MW
m2 ] λmax [nm ]
1 4905 32,7 5912 4314 19,6 6723 5878 67,5 4934 5013 35,8 5785 4150 16,7 699
Imagen de una sola simulación para cualquiera de los 5 datos.
13
Gráfica 1:
14
Gráfica 2:
Pendiente 1:
Y=6 x10−14 X−0,024Pendiente 2:
Y=3x 106 X−1,656Repuesta pregunta: ¿Qué significa cada pendiente?
15
Nombre: Wilman Darío López Carmona
# T[K]ET [ MW
m2 ] λmax [nm ]
1 5321,5 45,5 5442 3894,5 13 7443 5688,5 59,4 5094 4587,5 25,1 6315 3999,5 14,5 724
Imagen de una sola simulación para cualquiera de los 5 datos.
16
Gráfica 1:
Gráfica 2:
Pendiente 1:
Y=1,76 x 10−13
Pendiente 2:
Y=2,91x 106
Repuesta pregunta: ¿Qué significa cada pendiente?
La pendiente de una recta es la representación del ángulo de la recta, en relación a dos magnitudes y es la razón de cambio de la variable dependiente con respecto a la variable independiente.
17
Nombre: Julanito 2 Perez 3…
# T[K]ET [ MW
m2 ] λmax [nm ]
12345
Imagen de una sola simulación para cualquiera de los 5 datos.
Gráfica 1:
Gráfica 2:
Pendiente 1:
Pendiente 2:
Repuesta pregunta: ¿Qué significa cada pendiente?
Etc…
Nombre: Javier Antonio Builes Velez
18
19
20
3.4Resultados Actividad 4.
Ejercicio 1. Nombre: Julanito Perez…Solución (mostrar el paso a paso)…a)…b) Imagen de la simulación…c) Respuestas a las preguntas (sustente las respuestas con imágenes del simulador)
Ejercicio 2. Wilman Darío López CarmonaSolución (mostrar el paso a paso)…
a) Selecciona un material y a partir de las funciones de trabajo que se dan a continuación establezca la longitud de onda de corte teórica en nm (mostrar el paso a paso del cálculo en el informe). La longitud de onda de corte es:
λc=hc∅
=1240eV .nm4,3eV
=288,372nm=0,00000028837 m
Material Funciones de trabajo ∅ Longitud onda de corte [nm]
21
Zn 4,3 eV 288,372
f = cλ
f = 3 x108m / s0,00000028837 m
= 1040,330*1012 HZ
b) Para el material seleccionado y utilizando el simulador del efecto fotoeléctrico encuentre la longitud de onda de corte experimental, recuerde que esta corresponde al límite donde no hay desprendimiento de electrones. (Para este punto utilice una intensidad de 100% y anexe la imagen en el informe).
f = cλ
f = 3 x108m / s0,000000287m
= 1045,296167*1012 HZ
Material Funciones de trabajo ∅ Longitud onda de corte [nm]
Zn 4,3 eV 287
Nota: Se aproxima a 287 ya que en la práctica no es posible igualar el valor de 288,372 nm.
c) Interactúe con el simulador y teniendo claro la longitud de onda de corte experimental para la el material seleccionado, conteste las siguientes preguntas (Anexe imágenes que sustenten sus respuestas):
22
1. Si la longitud de onda introducida en el simulador es MENOR que la longitud de onda de corte experimental conteste: ¿existe o no desprendimiento de electrones? Si se varía la intensidad para éste mismo caso ¿qué efectos observa?
R//. Se logra identificar que a menor longitud de onda se disminuye el desprendimiento y es mas rápido y cuando se aumenta la intensidad, disminuye aun más el desprendimiento.
2. Si la longitud de onda introducida en el simulador es MAYOR que la longitud de onda de corte experimental conteste: ¿existe o no desprendimiento de electrones? Si se varía la intensidad para éste mismo caso ¿qué efectos observa?
R//. Cuando se aumenta la longitud de onda a solo 290 nm, se nota que no hay mas desprendimiento y no se tiene ningún otro cambio cuando se modifica la intensidad.
3. Teniendo en cuenta las anteriores respuestas, ¿de qué dependen el desprendimiento de electrones? ¿Cómo afecta la intensidad en el desprendimiento de electrones?
R//. El desprendimiento depende de la frecuencia de corte, pues si esta es mayor que la energía del fotón, ningún electrón será emitido.La intensidad afecta el desprendimiento de electrones, cuando se afecta aumentando o disminuyendo la velocidad de desprendimiento de manera proporcional a la intensidad. Es decir a menor intensidad, menos rápido se desprenden los electrones.
23
Ejercicio 4. Javier Antonio Builes Velez
Longitud de onda de corte teórica
λC=hcϕ
=1240eV∗nm5.93eV
=209.1nm
Material Funciones de trabajo ∅
Longitud onda de corte [nm]
Teórico Pt 6.35eV 209.1Practico Pt 196
Longitud de onda Experimental
24
a) Para el material seleccionado y utilizando el simulador del efecto fotoeléctrico encuentre la longitud de onda de corte experimental, recuerde que esta corresponde al límite donde no hay desprendimiento de electrones. (Para este punto utilice una intensidad de 100% y anexe la imagen en el informe).
c) Interactúe con el simulador y teniendo claro la longitud de onda de corte experimental para la el material seleccionado, conteste las siguientes preguntas (Anexe imágenes que sustenten sus respuestas):
1. Si la longitud de onda introducida en el simulador es MENOR que la longitud de onda de corte experimental conteste: ¿existe o no desprendimiento de electrones? Hay desprendimiento de electrones al disminuir la longitud de ondaSi se varía la intensidad para éste mismo caso ¿qué efectos observa? Se disminuye la velocidad de los electrones al ser desprendidos
2. Si la longitud de onda introducida en el simulador es MAYOR que la longitud de onda de corte experimental conteste: ¿existe o no desprendimiento de electrones? No hay desprendimiento de electrones al disminuir la longitud de ondaSi se varía la intensidad para éste mismo caso ¿qué efectos observa? No hay variación, debido a que ya no hay desprendimiento de electrones.
3. Teniendo en cuenta las anteriores respuestas, ¿de qué dependen el desprendimiento de electrones?
25
De la frecuencia de corte, esta es menor que la energía del fotón, ningún electrón será emitido¿Cómo afecta la intensidad en el desprendimiento de electrones?Afecta aumentando o disminuyendo la velocidad de desprendimiento de manera proporcional a la intensidad. Es decir a mayor intensidad, más rápido se desprenden los electrones
3.5 Resultados Actividad 5.
Ejercicio 1. Nombre: Julanito Perez…Solución (mostrar el paso a paso)…a)…b) …
Ejercicio 2. Wilman Darío López CarmonaSolución (mostrar el paso a paso)…E [keV ]=275θ=56
a) La energía cinética E’ de los rayos X dispersados:
∆= hme c
(1−cosθ)
∆= 6,626 x10−34
(9,11 x10−31 ) (3 x 108 )∗(1−cos56 )
∆=1,0097 x10−12m
E0=hc❑0
→❑0=hcE0
❑0=(6,626 x 10−34)(3,0 x108 m /s )
(275 x 103 eV )(1,60x 10−19 J /eV )
❑0=4,517 x10−12 m
26
❑'=❑0+∆
❑'=4,517 x 10−12+1,0097 x10−12
❑'=5,5267 x10−12m
E'=hc
❑'
E'=
(6.626 x 10−34 J ∙ s )(3.0 x108 m /s)5,5267 x10−12m
∗6.242x 1018eV
1J
E'=212,1062 KeV
E'=212,1062 x103eV
b. La energía cinética 𝑲𝒆 del electrón rechazado.K e=E0−E '
K e=275 KeV−212,1062 KeV
K e=62,8938 KeV
K e=62,8938 x 103 eV
Ejercicio 4. Javier Antonio Builes Velez
a) La energía cinética E’ de los rayos X dispersados:
λ '= hmc
(1−cos θ )+ hcE
λ '=( 6.626× 10−34 J ∙ s)
( 9.11×10−31 kg ) (3× 108 m/ s)¿
27
λ '= 6,63× 10−34 J ∙ s
2.733×10−22kg ∙ms
¿
λ '=2,7346 x10−12m+3.67×10−12 m
λ '=6,41× 10−12 nm
E'=hc
λ'
E'=(6.626× 10−34 J ∙ s )(3× 108 m
s )6.41× 10−12 m
E'=1,99×10−25J ∙m6,41×10−12m
E'=3,10× 10−14 J
b) La energía cinética Ke del electrón rechazado:
K e=pc−p' c+mc2
K e=c ( p−p '+mc )
K e=c ( hλ−
h
λ ' +mc)
28
K e=c [h( 1λ− 1
λ' )+mc]K e=(3× 108 m /s) [( 6.626×10−34 J ∙ s )( 1
3.33× 10−40 m− 1
3.10×10−14 nm)+ (9.11×10−31kg ) ( 3× 108 m /s )]
K e=(3× 108 m /s) [ ( 6.626×10−34 J ∙ s) (3,00× 10−39−3,23×1013 )+( 9.11×10−31 kg ) (3× 108 m /s) ]
K e=(3× 108 m /s) [ ( 6.626 ×10−34 J ∙ s) (3,00× 1039)¿+ (9.11×10−31kg ) (3×108 m /s ) ]
K e=(3× 108 m /s) [ ( 6.626 ×10−34 J ∙ s) (3,00× 1039)+ (9.11×10−31kg ) (3×108 m /s ) ]
K e=(3× 108 m /s) [1,99×106+ (2,73×10−22kg ∙m /s ) ]
K e=(3× 108 m /s) [1,99×106+ (2,73×10−22kg ∙m /s ) ]
K e=5,97× 10−14 j
4. ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS
29
En general, es entrelazar los resultados o datos obtenidos con la teoría estudiada. También, siempre deben ir sustentados con los resultados encontrados y coherentes con lo que se realizó dentro del trabajo.
Se debe entregar un solo análisis por grupo….4.1 Actividad 1.
(Respectivo análisis sustentado con los resultados obtenidos)4.2 Actividad 2
(Respectivo análisis sustentado con los resultados obtenidos)4.3 Actividad 3
(Respectivo análisis sustentado con los resultados obtenidos)4.4Actividad 4
(Respectivo análisis sustentado con los resultados obtenidos)4.5Actividad 5
(Respectivo análisis sustentado con los resultados obtenidos)
5. CONCLUSIONES
30
Al aumentar la temperatura de un radiador de cuerpo negro, aumenta la energía radiada general, por consiguiente, el pico de la curva de radiación se mueve hacia longitudes de ondas más cortas. Con la ley del desplazamiento de Wien, se determina la temperatura de objetos radiantes calientes tales como estrellas, e incluso, para una determinada temperatura de cualquier objeto radiante, cuya temperatura es muy superior a la de su entorno.Es importante señalar que el pico de la curva de radiación en la relación de Wien, es el único pico dado que 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.
Se tiene que la energía radiante sólo podría existir en cuantos discretos, que eran proporcionales a la frecuencia. También podemos indicar que el cuanto de energía de un fotón no es la constante de Planck h en sí, sino el producto de h por la frecuencia. Podemos decir que la cuantificación implica que un fotón de luz azul de una longitud de onda o frecuencia dada, siempre tendrá el mismo tamaño cuántico de energía.Cuando la frecuencia disponible es continua y sin límite superior o inferior, se determina que no hay límite finito superior o inferior en la energía posible de un fotón. En la parte superior hay límites prácticos, porque se cuenta con mecanismos limitados, para la creación de fotones de muy alta energía. por último dejamos claro que en los límites de baja frecuencia, las cosas se mezclan con el tratamiento clásico y no es necesario un tratamiento cuántico.
31
6. BIBLIOGRAFÍA
Syllabus, Física Moderna 2015, recuperado de http://campus13.unad.edu.co/campus13_20152/course/view.php?id=84
Modulo y material didáctico, curso Física Moderna, UNAD, 2015.
Física Moderna, Tercera Edición, Raymond A, Clement J, Curt A, Diciembre del 2003.
Fisica 1, Principios con Aplicaciones, Sexta Edicion, Douglas C. Giancoli, Mexico 2009.
32
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