fisica_moderna_sol

CAMPO ELECTROMAGNÉTICO

P.A.U. UNIVERSIDAD DE OVIEDO

FÍSICA CUÁNTICA, NUCLEAR Y DE PARTÍCULAS
FCU1–J94
a) ¿Por qué se dice que la luz es a la vez una onda y una partícula? Explicar.
b) ¿Es aplicable esta dualidad onda–partícula a una pelota de fútbol?
c) ¿Conoce usted alguna ley que surja de esa dualidad onda–partícula de la materia?
a. Debido al concepto de dualidad onda–partícula introducidopor De Broglie para poder explicar la doble naturaleza de la luz y que luego fue
generalizado a toda partícula, justifica entre otras cosas la difracción de electrones.
b. Lo sería teóricamente pero, al intervenir la constante de Planck (que es muy pequeña) sus efectos escaparían a los límites de detección y
no serían apreciables
c. Se puede deducir la cuantización introducida por Bohr para loselectrones del átomo de hidrógeno, la difracción de electrones, etc.
FCU2–S94
-2
La intensidad de la luz del Sol en la superficie terrestre es de 1400 W m . Suponiendo que los fotones que llegan
tienen una longitud de onda media de 560 nm, determinar el número de fotones que inciden sobre un área de 1'00
2
cm cada hora.
Puesto que la energía vale E = nε, siendo n el número de fotones que tienen laenergía ε = hν. Como E = Potencia × tiempo = 1400 J/(s—m2) ×
3600 s = 5’04×106 J/m2, con lo que para 1’00 cm2, sería 5’04×102 J. Por otra parte ε = hν.= hc/λ = 3’55×10–19 J. Despejando el número de
fotones quedaría n = E/ε = 1’42×1021 fotones
FCU3–J95
a) ¿Qué dos teorías competían por explicar los fenómenos luminosos? ¿En qué se basan?
b) Citar un fenómeno que no sea explicado por una de ellas yotro fenómeno que no sea explicado por la otra.
c) Según los conocimientos actuales, ¿cuál es la correcta?
a. La teoría ondulatoria y la corpuscular. La luz es una onda, según la primera, o una partícula (según la segunda)
b. Efecto fotoeléctrico: no lo explica la ondulatoria. Difracción: No la explica la corpuscular
c. Ninguna lo es, una teoría correcta debe incorporar la doble naturaleza
FCU4–S95Explicar el efecto fotoeléctrico y dar alguna aplicación práctica del mismo.
Revisar teoría
FCU5–J96
a) ¿Qué son el potencial de detección y la función trabajo en el efecto fotoeléctrico?
La función trabajo para el wolframio es 4'58 eV. Hallar:
b) La longitud de onda umbral para el efecto fotoeléctrico en el mismo
c) El potencial de detección si la longitud de onda incidente es 150 nm.
Como lafunción trabajo es W = hν0 = hc/λ, despejando λ = hc/W = 2’71×10–7 m = 271 nm.
Teniendo en cuenta que el potencial de detección se corresponde con la máxima energía cinética que tienen los electrones que son extraídos
(y frenados convenientemente por el potencial externo V), se cumplirá eV = hν – hν0, siendo e la carga del electrón, y además ν = c/λ. Susituyendo y operando resulta V = 3’70 V.FCU6–J99
(a) Considérense las longitudes de onda de un electrón y de un protón. ¿Cuál es menor si las partículas tienen (1) el
mismo módulo de la velocidad; (2) la misma energía cinética; (3) el mismo momento lineal?
(b) ¿Cuáles son las diferencias, desde un punto de vista físico, entre los fotones y los electrones?
(a1) Como la longitud de onda es inversamente proporcional a la masa, al ser la masa delprotón 1836 veces mayor que la del electrón, la
longitud de onda del protón será 1836 veces menor que la del electrón.
(a2) Como Ec = ½m—v2 , despejando v, sustituyendo en λ = h/mv y operando resulta: λ = h/(2Ec—m)1/2, es decir la longitud de onda es inversamente proporcional a la raiz cuadrada de la masa, así que será mayor para el electrón que para el protón. Poniendo los valores y operandoresulta: λelec = 42’8 λprot.
(a3) Si poseen el mismo momento lineal, al ser λ = h/mv, las dos partículas tendrán la misma longitud de onda.
(b) Ambas son elementos cuánticos con una doble naturaleza ondulatoria y corpuscular; se diferencian en que el electrón tiene carga y el fotón
no, en que el fotón tiene masa en reposo nula (se mueve a la velocidad de la luz) mientras el electrón no, pero en lo...