fotones

UNIVERSIDAD TÉCNICA DE AMBATOFACULTAD DE INGENIERÍA EN SISTEMAS, ELECTRÓNICA E INDUSTRIAL

INGENIERIA EN ELECTRÒNICA Y COMUNICACIONES

UNIVERSIDAD TÉCNICA DE AMBATO

Facultad de Ingeniería en Sistemas, Electrónica e Industrial

Ingeniería Electrónica y Comunicaciones

Modalidad Presencial

“Física de semiconductores”



Modulo

Fotones y ondas electromagnéticas

Tema

Cuarto “A”

Ciclo Académico y Paralelo:

Alumnos participantes:

Erazo Karla

Jácome David

Navas Gabriela

Pacheco Andrés

Orozco Christian

Ing. Freddy Robalino

Docente

ÍndiceI. TEMA: Fotones y Ondas Electromagnéticas...................................................................2

II. DESARROLLO..............................................................................................................2

2.1 Objetivos.....................................................................................................................3

2.2 Introducción................................................................................................................3

2.3 Resumen......................................................................................................................3

III. CONTENIDO.................................................................................................................4

3.1. Fotones........................................................................................................................4

3.1.1. Concepto.-...........................................................................................................4

3.1.2. Explicación de Einstein acerca del fotón...........................................................4

3.1.3. Cantidad de movimiento del fotón....................................................................5

3.2. Ondas Electromagnéticas...........................................................................................5

3.2.1. Concepto..............................................................................................................5



3.2.2. Componentes Principales de una onda Electromagnética...............................6

3.2.3. El espectro electromagnético.............................................................................7

3.2.4. Clasificación de Ondas Electromagnéticas.......................................................7

3.2.5. Propiedades de las Ondas Electromagnéticas.................................................10

3.2.6. Formulas Asociadas con las ondas transversales...........................................11

3.3. EJERCICIOS...........................................................................................................11

IV. CONCLUSIONES........................................................................................................14

V. BIBLIOGRAFIA..............................................................................................................14

I. TEMA: Fotones y Ondas Electromagnéticas

II. DESARROLLO

2.1 Objetivos

Objetivo General

Investigar la información necesaria sobre Fotones y Ondas

Electromagnéticas así como también los conceptos necesarios relacionados

con el tema para el mejor entendimiento del mismo.

Objetivos Específicos

Comprender el concepto de ondas electromagnéticas y los teoremas que

inciden en el mismo.

Estudiar las características principales del fotón

Conocer el momento lineal de un fotón



2.2 Introducción

El principal propósito de este trabajo es la investigación de los diferentes conceptos

acerca de lo que es un fotón así como también las formulas relacionadas con el mismo y

lo que son las ondas electromagnéticas y su división.

Un es aquella partícula de luz que se propaga en el vacío. El fotón es la partícula

responsable de las manifestaciones cuánticas del fenómeno electromagnético.

Así, como una onda electromagnética es una onda que no necesitan un medio material

para propagarse. Incluyen, entre otras, la luz visible y las ondas de radio, televisión y

telefonía.

2.3 Resumen

Fue Albert Einstein quien introdujo el concepto de fotón para poder explicar un

fenómeno llamado efecto fotoeléctrico. En este fenómeno, un fotón, al chocar contra un

electrón que forma parte de un átomo le transfiere su energía y hace que el electrón

“escape” de su órbita, convirtiéndose en un electrón libre. Para explicarlo, Einstein

habló de que debían existir una entidades elementales de luz que serían los

constituyentes elementales de esta forma de energía.

En realidad Einstein no empleó el término de fotón, ni siquiera el de partícula, para

referirse a estas entidades. El término “fotón” fue una idea del científico norteamericano

Gilbert Newton Lewis en 1926, que aunque inicialmente lo usó en el mismo sentido

que Einstein terminó especulando sobre su naturaleza de partícula.

En física moderna, el fotón es la partícula elemental responsable de las

manifestaciones cuánticas del fenómeno electromagnético. Es la partícula portadora de

http://es.wikipedia.org/wiki/Part%C3%ADcula_portadora

http://es.wikipedia.org/wiki/Electromagnetismo

http://es.wikipedia.org/wiki/Cuanto

http://es.wikipedia.org/wiki/Part%C3%ADcula_elemental

http://es.wikipedia.org/wiki/F%C3%ADsica_moderna



todas las formas de radiación electromagnética, incluyendo los rayos gamma, los rayos

X, la luz ultravioleta, la luz visible (espectro electromagnético), la luz infrarroja,

las microondas y las ondas de radio.

III. CONTENID O

III.1. Fotones

III.1.1.Concepto.-

Fotón es aquella partícula de luz que se propaga en el vacío. El fotón es la partícula

responsable de las manifestaciones cuánticas del fenómeno electromagnético.

Originalmente al fotón, Albert Einstein lo llamó cuanto de luz, aunque, posteriormente

se le daría la denominación actual de fotón, la cual deriva de una palabra griega que

justamente significa luz.

III.1.2.Explicación de Einstein acerca del fotón

Einstein postuló que un rayo de luz consiste en pequeños paquetes de energía llamados

fotones o cuantos. La energía E de un fotón es igual a una constante h por su frecuencia

f. De acuerdo con f =c / λ para las ondas electromagnéticas en el vacío, se obtiene

E=hf =hcλ

Donde h es una constante universal llamada constante de Planck. El valor numérico de

esta constante, con la exactitud con que se conoce en la actualidad, es:

h=6.63∗10−34 J . s

Energía de un fotón

http://es.wikipedia.org/wiki/Onda_de_radio

http://es.wikipedia.org/wiki/Microonda

http://es.wikipedia.org/wiki/Luz_infrarroja

http://es.wikipedia.org/wiki/Espectro_electromagn%C3%A9tico

http://es.wikipedia.org/wiki/Luz_ultravioleta

http://es.wikipedia.org/wiki/Rayos_X

http://es.wikipedia.org/wiki/Rayos_X

http://es.wikipedia.org/wiki/Rayos_gamma



III.1.3.Cantidad de movimiento del fotón

Un fotón de radiación electromagnética, de frecuencia f y longitud de onda λ. Además,

de acuerdo con la teoría especial de la relatividad, toda partícula con energía también

debe tener cantidad de movimiento, aun cuando no tenga masa en reposo. Los fotones

tienen cero masa en reposo. Así, la longitud de onda l de un fotón y la magnitud de su

cantidad de movimiento p se relacionan en forma sencilla por:

p= Ec=hf

c=h

λ

La dirección del movimiento del fotón es sencillamente la dirección en la que se mueve

la onda electromagnética. (Sears-Zemansky, 2009)

III.2. Ondas Electromagnéticas

III.2.1.Concepto

Son aquellas ondas que no necesitan un medio material para propagarse. Incluyen la luz

visible y las ondas de radio, televisión y telefonía.

Es la perturbación simultánea de los campos eléctricos y magnéticos existentes en una

misma región. Las ondas originadas por los campos eléctricos y magnéticos son de

carácter transversal, encontrándose en fase, pero estando las vibraciones accionadas en

planos perpendiculares entre sí.

Las radiaciones electromagnéticas son generadas por partículas eléctricas y magnéticas

moviéndose a la vez (oscilando). Cada partícula genera lo que se llama un campo, por

eso también se dice que es una mezcla de un campo eléctrico con un campo magnético,

estas radiaciones generan unas ondas que se pueden propagar (viajar) por el aire e

incluso por el vacío.

Cantidad de movimiento de un fotón



III.2.2.Componentes Principales de una onda Electromagnética

Cresta: es el punto más alto de una onda.

Valle: el punto más bajo de una onda.

Amplitud: es el desplazamiento máximo de un punto arriba o abajo respecto a

la posición de equilibrio.

Longitud de onda: la distancia entre dos crestas o dos valles.

Frecuencia: es la repetición cíclica dela onda durante un intervalo de tiempo.



III.2.3.El espectro electromagnético

Se denomina espectro electromagnético a la distribución energética del conjunto de las ondas electromagnéticas.

III.2.4.Clasificación de Ondas Electromagnéticas

Las ondas electromagnéticas cubren una amplia gama de frecuencias o de longitudes de ondas y pueden clasificarse según su principal fuente de producción. La clasificación no tiene límites precisos.

III.2.4.1. Rayos gamma



Su longitud de onda (lambda) < 0.1 Ao, donde 1 Ao(Armstrong) es igual a 10 -10m. Se

originan en las desintegraciones nucleares que emiten radiación gamma. Son muy

penetrantes y muy energéticas.

III.2.4.2. Rayos X

Se producen por oscilaciones de los electrones próximos a los núcleos.

0.1Ao < lambda < 30 Ao

Son muy energéticos y penetrantes, dañinos para los organismos vivos, pero se utilizan

de forma controlada para los diagnósticos médicos.

III.2.4.3. Rayos UVA

Se producen por saltos electrónicos entre átomos y moléculas excitados.

30Ao < lambda < 4000 Ao

El Sol es emisor de rayos ultravioleta, que son los responsables del bronceado de la piel.

Es absorbida por la capa de ozono, y si se recibe en dosis muy grandes puede ser

peligrosa ya que impiden la división celular, destruyen microorganismos y producen

quemaduras y pigmentación de la piel.

III.2.4.4. Luz visible

Es la pequeña parte del espectro electromagnético a la que es sensible el ojo humano.

400 nm < lambda < 750 nm

http://thales.cica.es/rd/Recursos/rd99/ed99-0504-01/tipos-rad.html



Se producen por saltos electrónicos entre niveles atómicos y moleculares. Las

longitudes de onda corresponden a los colores básicos son:

ROJO De 6200 a 7500 Ao

NARANJA De 5900 a 6200 Ao

AMARILLO De 5700 a 5900 Ao

VERDE De 4900 a 5700 Ao

AZUL De 4300 a 4900 Ao

VIOLETA De 4000 a 4300 Ao

III.2.4.5. Radiación infrarroja

Es emitida por cuerpos calientes y son debidas a vibraciones de los átomos.

10 -3m < lambda < 10-7m

La fotografía infrarroja tiene grandes aplicaciones en la industria textil se utiliza para

identificar colorantes, en la detección de falsificaciones de obras de arte, en telemandos,

estudios de aislantes térmicos, etc.

III.2.4.6. Radiación de microondas

Son producidas por vibraciones de moléculas.

0.1 mm < lambda < 1 m



Se utilizan en radio astronomía y en hornos eléctricos. Esta última aplicación es la más

conocida hoy en día y en muchos hogares se usan los "microondas". Estos hornos

calientan los alimentos generando ondas microondas que en realidad calientan

selectivamente el agua.

III.2.4.7. Ondas de radio

Son ondas electromagnéticas producidas por el hombre con un circuito oscilante.

1 cm < lambda < 1 km

Se emplean en radio difusión, las ondas son usadas en la televisión son las de longitud

de onda menor y las de radio son las de longitud de onda mayor. Se transmiten a

cualquier distancia mediante los satélites artificiales. Este tipo de ondas son las que

emiten la TV, teléfonos móviles y los radares.

III.2.5.Propiedades de las Ondas Electromagnéticas

III.2.5.1. Reflexión

Propiedad que tiene una onda de incidir en una superficie y devolverse (reflejarse).

Existe un cambio de dirección.

III.2.5.2. Refracción

Es el cambio de dirección que experimenta la onda al pasar de un medio al otro. Existe

cambio de dirección, velocidad y longitud de onda pero la frecuencia es constante.



III.2.5.3. Difracción

Capacidad de la onda de rodear obstáculos y seguir propagándose.

III.2.6.Formulas Asociadas con las ondas transversales

λ= hp

p=mv

f = cλ

f = 1T

III.3. EJERCICIOS

Calcular la energía y el momento lineal de los fotones que componen las

ondas electromagnéticas de frecuencia igual a 1020 Hz.

La energía de un fotón de 1020 Hz es:

E=h . v

E=6.626∗10−34 [J . s]∗1020 [ Hz]=6.63∗10−14

El momento lineal correspondiente:



λ= hp

p= hcf

p=hfc

=6.626∗10−34 [ J . s ]∗1020[ Hz]3∗108[m . s ]

p=2.21[Kg .m /s ]

Una radiación electromagnética está compuesta por fotones con una energía

de 100 eV. ¿Cuáles son la frecuencia y la longitud de onda de dicha

radiación?

La frecuencia correspondiente a fotones de 100 eV es:

f = Eh

f = 1.6∗10−17J6.626∗10−34 [J . s]

f =2.41∗1016 [Hz ]

La longitud de onda:

λ= cf

λ= 3∗108[m .s]2.41∗1016 [ Hz]

λ=1.24 10−8[m]

Un átomo de kriptón emite un fotón de luz naranja con una longitud de

onda ʎ=606 nm, su energía correspondiente es:

E=hcʎ



E=(6.63∗10−34 J . s)( 3∗108m

s)

606∗10−9 m

E=3.28∗10−19 J

E=2.05 eV

Cuando incide sobre el potasio luz de 300 nm de longitud de onda, los

fotoelectrones emitidos tienen una energía cinética máxima de 2, 03 eV.

a) ¿Cuál es la energía del fotón incidente?

b) ¿Cuál es el trabajo de extracción (función trabajo) del potasio?

Calculamos la energía de la radiación incidente de acuerdo con la expresión de Planck:

E=hv=hcʎ

E=(6.63∗10−34 J . s)( 3∗108m

s)

300∗10−9 m=6.625∗10−19 J

De acuerdo con la ecuación de Einstein para el efecto fotoeléctrico:

E foton=W extraccion+Ec eletron=¿>W extraccion=E foton−Ec eletron

W =6.625∗10−19 J∗2 , 03 eV ( 1.6∗10−9 J1 eV

)

W =3.38∗10−19 J

IV. CONCLUSIONES

Se puede decir que la radiación electromagnética está constituida por unas

partículas, los fotones, que equivalen a paquetes elementales de energía que se

mueven a unos 300.000 km/s en el vacío y que en su desplazamiento presentan

un campo magnético y otro eléctrico que oscilan dando lugar a una onda

electromagnética.

Los fotones son los cuantos de energía electromagnética, es decir son

"partículas", pero no en el sentido clásico del término, las ondas son una forma



de propagación de energía, impulso, momento lineal o lo que sea, de hecho los

fotones se propagan por el espacio como ondas.

Las frecuencias de las ondas electromagnéticas son enormemente variables,

desde el tamaño de una partícula subatómica hasta el de una ciudad, de modo

que las energías asociadas a ellas también lo son. Al rango de variación de las

frecuencias de las ondas electromagnéticas se le llama espectro electromagnético

y es tan amplio que las ondas electromagnéticas se clasifican en varios tipos,

porque sus efectos son muy diferentes.

V. BIBLIOGRAFIA

Navarro, A. P. (2013). Ondas Electromagneticas. Mexico: Printeced.

Nave, M. O. (s.f.). hyperphysics. Recuperado el 21 de Abril de 2015, de

http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/chemical/bond.html

nice, C. (2005). concursocnice. Recuperado el 21 de Abril de 2015, de

http://concurso.cnice.mec.es/cnice2005/93_iniciacion_interactiva_materia/

curso/materiales/atomo/estructura.htm

Sears-Zemansky. (2009). Fisica Universitaria. Mexico: Adison-Wesley.

SEO. (2010). Energia Nucler. Recuperado el 21 de Abril de 2015, de http://energia-

nuclear.net/definiciones/atomo.html

uvideo, U. d. (s.f.). unioviedo. Recuperado el 21 de Abril de 2015, de

http://www.unioviedo.es/ate/alberto/TEMA_1_semiconduc_Telem.pdf

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