Fisica Moderna F2.docx

DESARROLLO ACTIVIDAD FASE II

DERNEY ORTIZ RODRIGUEZ COD 80180608

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA FISICA MODERNA 2016

1. La temperatura de un objeto es de T grados centígrados. Donde 𝑇 = 22208°𝐶 𝑋𝐴 = 33 𝑚2

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. De acuerdo a la ley de Wien 0,0028976 𝑚 ∗ 𝐾 𝑇 °K=°C + 273.15 𝜆𝑚 =

22208°𝐶 = 22481.15°𝐾 𝜆𝑚 =

0,0028976 𝑚 ∗ 𝐾 22481.15

𝜆𝑚 = 1.288 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. De acuerdo a la ley de Stefan - Boltzmann 𝑃 = 𝑒𝐴𝜎𝑇 4 𝑃 = (33)(5,6703𝑥10−8 )(22481.15)4 = 47796 𝑀𝑊 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).

Ésta actividad de simulación (ítem c) es la PRÁCTICA 1 del curso, por lo cual diríjase al entorno de aprendizaje práctico, descargue la hoja de ruta y léala atentamente, para que haga la respectiva simulación *Recuerde, los valores de T y XA los encuentra en la tabla de datos, son 5 ejercicios en total, uno para cada integrante. 2. Se ha detectado radiación procedente del espacio, que es característica de un radiador ideal (cuerpo negro) a una temperatura 𝐓 grados centígrados (ésta radiación es una reliquia del Big-Bang del principio del Universo). 𝑇 = 77°𝐶 a) Para dicha temperatura, ¿cuál es la longitud de radiación máxima? (De la respuesta en nm). De acuerdo a la ley de Wien 0,0028976 𝑚 ∗ 𝐾 𝑇 77°𝐶 = 350,15°𝐾 𝜆𝑚 =

𝜆𝑚 =

0,0028976 𝑚 ∗ 𝐾 350,15

𝜆𝑚 = 8.275 𝑛𝑚

b) ¿Cuál es la frecuencia de un fotón para la anterior longitud de onda? (De la respuesta en Hz). 𝑓=

𝑐 𝜆

3𝑥108 𝑓= 8.275𝑥10−6 𝑓 = 3.625 𝑥 1013 𝐻𝑧 c) ¿Cuál es la energía de un fotón para la anterior longitud de onda? (De la respuesta en EV). ℎ𝑐 𝜆 Donde ℎ = 4,1356 𝑥 10−15 eV ∗ s y 𝑐 = 3 𝑥 108 𝑚⁄𝑠 𝐸=

𝐸=

(4,1356 𝑥 10−15 )(3 𝑥 108 ) = 1,499 𝑥 10−7 𝑒𝑉 (8.275)

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 3. Haciendo uso del simulador 3, obtenga para cada valor de temperatura T.

a. La energía total emitida que aparece en el simulador, es decir Et, exprese dicho valor en unidades de W/m2. (Anexe una imagen en el informe de una sola simulación para cualquiera de los 5 datos). T (K) Et W/m2

3837 12,3

4528 23,8

4220 18,1

5098 38,3

5931 70,2

a. La longitud de onda máxima 𝜆𝑚 , exprese dicho valor en metros. (Anexe una imagen en el informe de una sola simulación para cualquiera de los 5 datos). T (K) λmax(nm)

3837 755

4528 640

4220 636

5098 568

5931 488

a. Con los datos obtenidos grafique la cuarta potencia de la temperatura vs la energía total emitida, (utilice Excel para hacer la gráfica): T (K) T4 Et W/m2

3837 2,17E-08 12,3

4528 4,20E-08 23,8

4220 3,19E-08 18,1

5098 6,75E-08 38,3

5931 1,24E-08 70,2

Cuarta Potencia de la Temperatura 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 2,17E-08

4,20E-08

3,19E-08

6,75E-08

1,24E-08

a. Con los datos obtenidos grafique el inverso de la temperatura vs la longitud de onda, (utilice Excel para hacer la grafica). T (K) 1/T λmax(nm)

3837 2,17E-08 755

4528 4,20E-08 640

4220 3,19E-08 636

5098 1,70E-03 568

5931 2,04E-03 488

Inverso de la temperatura 800 700 600 500 400 300 200 100 0 2.17E-08

4.20E-08

3.19E-08

1.70E-03

2.04E-03

a. Obtenga ya sea mediante Excel o de manera manual la pendiente de las 2 graficas.

Actividad 4 Seleccione 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).

Material Ca= 2.87Ev Longitud de onda de Corte es

𝜆𝑐 =

Material Ca

ℎ𝑐 1240𝑒𝑉. 𝑛𝑚 = = 432.05𝑛𝑚 ∅ 2.87 𝑒𝑉

Funcion de trabajo Longitud onda corte nm 2,87eV 432,05nm

𝑓=

𝑐 𝜆

𝑓=

2.9979𝑥108 = 6.939𝑥1012 4.32𝑥105

Para el material seleccionado y utilizando el simulador del efecto fotoeléctrico encuentre la longitud de onda de corte experimental, recuerde que esta corresponde justo al límite donde empieza el desprendimiento de electrones. (Para este punto utilice una intensidad 6 y anexe la imagen en el informe). En caso de haber diferencia entre el valor teórico y el valor experimental encuentre el error relativo porcentual.

𝜆𝑐 =

ℎ𝑐 1240𝑒𝑉. 𝑛𝑚 = = 432.05𝑛𝑚 ∅ 2.87 𝑒𝑉

d) Interactúe con el simulador y teniendo claro la longitud de onda de corte experimental para la el material seleccionado, conteste la siguiente pregunta (Anexe imágenes que sustenten sus respuestas): ¿De qué depende el desprendimiento de electrones? ¿Cómo afecta la intensidad en el desprendimiento de electrones?

De que depende el desprendimiento de Electrones? Rta al disminuir la longitud de onda de corte se experimenta desprendimiento de electrones. Al aumentar la longitud de onda no hay desplazamiento de electrones

Como afecta la intensidad en el desprendimiento de Electrones? Rta: al disminuir la intensidad de corriente proporcionalmente la velocidad de los electrones empiezan a aparecer, a mayor intensidad más rápido se desprenden los electrones.

Actividad 5 Rayos X que tienen una energía de E experimentan dispersión de Compton desde un objetivo. Los rayos dispersados se detectan a un ángulo 𝜽 respecto a los rayos incidentes. Determine: a) La energía de los rayos X dispersados. b) La energía cinética del electrón rechazado.

Recuerde, los valores de E y 𝜽 los encuentra en la tabla de datos, son 5 ejercicios en total. E= 422 Θ= 71 La energía cinética E de los rayos x dispersados: 𝜆𝑐 =

=

ℎ𝑐 ℎ𝑐 = (1 − cos 𝜃) + 𝑚𝑐 𝐸

4,135 . 10−15 𝑒𝑉. 𝑠 . 3 . 108 𝑚/𝑠 422000 𝑒𝑉

𝝀 = 𝟎. 𝟎𝟎𝟐𝟗𝟑𝟗𝟓 𝒏𝒎

λC = 0.00243 𝜆′ = λC (1 − cos 𝜃) + λ 𝜆′ = 𝜆′ = 𝜆′ = 𝝀′ =

0.00243𝑛𝑚 (1 − cos 88) + 0.0029395nm 0.00243𝑛𝑚 (0.6267) + 0.0029395𝑛𝑚 0.0015228 +0.0029395𝑛𝑚 𝟎. 𝟎𝟎𝟒𝟒𝟔

frecuencia Dispersa

𝑓′ = 𝑐/𝜆′

𝑚 3 × 108 𝑠 𝑓′ = 4,46 × 10−12 𝑚

𝒇′ = 𝟔. 𝟕𝟐𝟔 × 𝟏𝟎𝟏𝟗

Energía dispersa

𝐸′ = ℎ𝑓′ 𝐸 ′ = (4,135 × 10−15 𝑒𝑉. 𝑠) (6.726 × 1019 ) 𝑬′ = 𝟐, 𝟕𝟖 𝒆𝑽 a)

La energía cinética del electrón rechazado. Para el cálculo de la energía cinética del electrón rechazado debemos primero calcular la frecuencia incidente; utilizamos la siguiente formula

𝑓 = 𝑐/𝜆 3 . 108 𝑚/𝑠 𝑓= 3,308 . 10−12 𝑚 𝑓 = 0,968 . 1020 𝐻𝑧

𝐸𝑐 = ℎ𝑓 − ℎ𝑓′ 𝐸𝑐 = (4,135 . 10−15 𝑒𝑉. 𝑠 . 0,906 . 1020 𝐻𝑧 ) − (4,135 . 10−15 𝑒𝑉. 𝑠 . 6.726 . 1019 𝐻𝑧) 𝑬𝒄 = 𝟗. 𝟔𝟓𝟏. 𝟏𝟎𝟒 𝒆𝑽