Ingenieria

0. INTRODUCCIN A finales del siglo XIX la Fsica pareci una ciencia terminada, estructurada en dos grandes teoras la mecnica de Newton y la teora electromagntica de Maxwell. Estas teoras usan dos conceptos bsicos acerca de la energa fsica y sus mecanismos de propagacin. A.1 Recordatorio de algunas diferencias fundamentales entre los dos conceptos que utiliz la fsica clsica para describir la energay sus mecanismos de propagacin partculas y ondas. Aunque la fsica clsica haba logrado un gran xito, pronto surgieron problemas que no se podan resolver con los conocimientos disponibles. Hemos visto que algunos de estos problemas propiciaron una teora alternativa a la mecnica de Newton la relatividad. Ahora veremos que otros problemas (sobre procesos de interaccin entre luz y materia) indujeronla creacin de otra teora la fsica cuntica. 1. PROBLEMAS QUE LA FSICA CLSICA NO PUDO EXPLICAR. EL EFECTO FOTOELCTRICO, EL EFECTO COMPTON Y LOS ESPECTROS ATMICOS. INVENCIN DEL CONCEPTO DE FOTN. A.2 En 1886 y 1887 Hertz realiz los experimentos que confirmaron la existencia de las ondas electromagnticas. En el curso de estos experimentos Hertz observ que ocurra ms fcilmente una descarga elctrica entrelos electrodos cuando se iluminaba uno de ellos. Intentad explicar este fenmeno. A.3 Teniendo en cuenta que la luz es una onda electromagntica, razonad cmo deberan influir la frecuencia, la intensidad luminosa y el metal en a) la cantidad de electrones emitidos por segundo b) la energa cintica de los electrones emitidos. A.4 Exposicin por el profesor de los resultados experimentales del efectofotoelctrico. A.5 Sugerid una nueva hiptesis sobre la naturaleza de la luz para interpretar el efecto fotoelctrico. A.6 (Selectividad, 1997) Calculad la energa de un fotn de luz verde, de longitud de onda (670nm. (constante de Planck h 6.6310-34Js) A.7 (Selectividad, 1997) La luz solar que llega a la Tierra tiene una intensidad de 1800W/m2. Cuntos fotones por metro cuadrado y por segundorepresenta esta radiacin Suponed una longitud de onda media para la luz solar de 550nm. A.8 Escribid una ecuacin relacionando la energa del fotn incidente con la energa cintica del electrn liberado en el efecto fotoelctrico. A.9 (Selectividad, 1994) Sobre una superficie de potasio situada en el vaco incide luz amarilla ((5.8910-7m), producindose emisin fotoelctrica. a) Qu trabajo se requiere para arrancarun electrn de la capa ms externa b) Qu energa cintica tienen los electrones arrancados de la superficie de potasio (longitud de onda umbral para el potasio 7.110-7m). A.10 (Selectividad, 2002) Cuando se ilumina un cierto metal con luz monocromtica de frecuencia 1.21015 Hz hay que aplicar un potencial de frenado de 2V para anular la foto-corriente que se produce. a) Determinad a frecuencia mnimaque ha de tener la luz para extraer electrones de dicho metal. b) Si la luz fuese de 150nm de longitud de onda, calculad la tensin necesaria para anular la foto-corriente (e -1,610-19C) A.11 (Selectividad, 1998) El bario tiene una funcin de trabajo de 2.48eV. Hallad la energa cintica mxima de los electrones que emitir al ser iluminado con luz de longitud de onda de 480nm. Cul es la velocidad deestos electrones (me 9.110-31Kg qe -1,610-19C) A.13 (Selectividad, 2006) En el grfico adjunto se ha representado el potencial de frenado Vf de una clula fotoelctrica en funcin de la frecuencia ( de la luz incidente. a) Deduce la expresin terica de Vf en funcin de la frecuencia. b) Indica razonadamente qu parmetro caracterstico de la clula se puede obtener a partir de la ordenada en el origen ydetermina su valor. c) Deduce el valor de la pendiente de la recta e interpreta su significado (Datos e 1.610-19 C h 6.6310-34 Js) As pues, la luz, adems de su evidente comportamiento ondulatorio (difraccin, interferencias, etc), manifiesta un comportamiento corpuscular, que se mostr en el efecto fotoelctrico y en otros fenmenos. Veremos ahora tres de ellos y cmo los explica el concepto de...