TRabajo Colaborativo fase 2 Fisica moderna

FÍSICA MODERNA

INFORME FASE 2

GRUPO No. (30)

EDUARD YAMID GARZON- 14897495

JOSE LUIS BEDOYA SOTO – 94532863

WILLIAN ALBERTO REINA GARCIA - 14476960

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD

ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍA E INGENIERÍA

(CEAD PALMIRA)

(Octubre de 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

En el mundo existen fenómenos que son explicados ampliamente por la física. Sin embargo hay fenómenos que requieren una atención más detallada debido a su condición especial.

El siguiente trabajo planteado para la fase 2 del curso de Física Moderna, expone las teorías sobre la radiación de un cuerpo negro y la hipótesis de Planck al igual que su potencia emitida y su dependencia con la temperatura. Además de esto trata de uno de los fenómenos que le dieron al Físico Albert Einstein el premio Nobel de Física, el Efecto Fotoeléctrico.

Los ejercicios propuestos ayudan a comprender teóricamente estos fenómenos y con ayuda de simuladores se comprobaron dichas teorías de una manera experimental.

2. MARCO TEÓRICO

Radiación de un cuerpo negro

Un objeto a cualquier temperatura emite ondas electromagnéticas en la forma de radiación térmica de la superficie. Las características de esta radiación dependen de la temperatura y de las propiedades de la superficie del objeto.

Estudios cuidadosos muestran que la radiación consiste en una distribución de longitudes de onda continuas desde todas las partes del espectro electromagnético. Si el objeto se encuentra a temperatura ambiente, la radiación térmica tendrá longitudes de onda principalmente en la región infrarroja y, por esto, no podrá ser detectada a simple vista. Conforme aumenta la temperatura superficial del objeto, llegara un momento en que este comenzara a resplandecer con un color rojo visible. A temperaturas suficientemente altas, el objeto resplandeciente parece blanco, como en el caso del filamento caliente de tungsteno de un foco.

La radiación electromagnética emitida por un cuerpo negro se conoce como radiación de cuerpo negro.

Al respecto hay dos descubrimientos experimentales que se consideran especialmente significativos.

La potencia total emitida aumenta con la temperatura. Conocido como la ley de Stefan

P=σAeT^4

Donde P es la potencia en watts radiada en todas las longitudes de onda desde la superficie de un objeto, σ es la constante Stefan-Boltzmann, igual a 5.670x〖10〗^8 W/m^2 K^4, A es el área de la superficie del objeto en metros cuadrados, e es la emisividad de la superficie y T es la temperatura de la superficie en grados kelvin. En el caso de un cuerpo negro, el valor de emisividad es exactamente e = 1.

El pico de la distribución de la longitud de onda se desplaza hacia longitudes de onda más cortas conforme aumenta la temperatura. Este comportamiento se describe mediante la correspondencia siguiente, conocida como ley de desplazamiento de Wien:

λ_máx T=2.898x〖10〗^(-3) m.K

Dónde λ_máx es la longitud de onda en la que el máximo de la curva y T es la temperatura absoluta de la superficie del objeto que emite la radiación. La longitud de onda en el pico de la curva es inversamente proporcional a la temperatura absoluta; es decir, conforme la temperatura aumenta, el pico se “desplaza” hacia longitudes de onda más cortas.

El efecto fotoeléctrico

El primer fenómeno explicado a partir del modelo cuántico fue la radiación de cuerpo negro. A finales del siglo XIX, mientras se recolectaba información sobre la radiación térmica, algunos experimentos demostraron que una luz incidente sobre ciertas superficies metálicas provoca la emisión de electrones de esas superficies. Este fenómeno, se conoce como efecto fotoeléctrico, y los electrones emitidos se conocen como fotoelectrones.

Los electrones expulsados de la superficie del metal y que no entran en colisión con otros átomos del metal antes de escapar tienen una energía cinética máxima Kmáx. De acuerdo con Einstein, la energía cinética máxima de estos electrones liberados es igual a:

kmáx=hf-∅ (1)

Donde ∅ es conocido como función de trabajo del metal. La función trabajo representa la energía mínima con la cual un electrón está unido en el metal y tiene un valor del orden de unos cuantos electrón volts.

El modelo de Einstein anticipa una correspondencia lineal (ecuacion 1) entre la energía cinética máxima del electrón Kmax y la frecuencia de la luz ƒ. Una comprobación definitiva de la teoría de Einstein seria observar experimentalmente la correspondencia lineal entre Kmax y ƒ.

La frecuencia de corte está relacionada con la función trabajo según la correspondencia f_c=∅/h. La frecuencia de corte corresponde a la longitud de onda de corte λ_c, donde:

λ_c=c/f_c =c/(∅/h)=hc/∅

3. RESULTADOS

3.1 Resultados Actividad 1.

La temperatura de un objeto es T grados centígrados.

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

Si se supone un área de superficie total de X_A metros cuadrados, ¿Cuál es la potencia emitida por el objeto? De la respuesta en W.

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. Willian Alberto Reina

Datos

T = 13603 °C

X_a=38〖 m〗^2

Pasamos temperatura de °C a °K

Entonces

T(°C →°K)= 13 876 k

Partiendo

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