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Física cuántica: historia y aplicación

Módulo 4

Analizando recursos

Índice

Módulo 4 Analizando recursos ..................................................................................................................... 1

Objetivos .................................................................................................................................................. 2

Simulaciones de experimentos ................................................................................................................. 2

El laboratorio virtual.................................................................................................................................. 3

Actividad con Diodos, Leds y diodos láser ................................................................................................ 4

Animaciones............................................................................................................................................. 5

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Objetivos

En este módulo se planteará un conjunto de actividades con la intención de que sean llevadas a la clase y utilizadas con los alumnos. Se trata, en su mayor parte, de simulaciones que utilizan applets programados en lenguaje Java, de algunas animaciones y de algunas actividades de cálculo. En el foro de discusión será posible plantear las dudas y consultas que vayan apareciendo (o que ya aparecieron) para que sean discutidas entre todos los participantes.

Simulaciones de experimentos

Como dijimos, vamos a trabajar con una serie de enlaces que llevan a actividades, que se basan en simulaciones de experimentos hechas en lenguaje Java. Convendría, sin embargo, que nos detuviéramos aquí para considerar la importancia de las simulaciones. Y para eso, hay que tener en cuenta que la Física es una ciencia experimental, es decir, todo su conocimiento, desde Galileo en adelante, se basa en los experimentos y en la observación de la naturaleza. En una etapa posterior, las observaciones y los resultados de los experimentos que intentan modelar la naturaleza bajo ciertas condiciones, se expresan utilizando el lenguaje de las matemáticas. Si los modelos son correctos, podemos reproducir los resultados observados y también llegar a predecir resultados no observados. Aquí nuevamente vuelve al juego la experimentación, ya que se hace necesaria la comprobación experimental de la predicción del modelo. Si el experimento confirma la predicción entonces el modelo se fortalece. Por el contrario si el experimento la contradice lo que habrá que reformular, cambiar y mejorar será, justamente, el modelo, pues, como se sabe, la naturaleza NO SE EQUIVOCA. Lo ideal sería poder realizar los experimentos con los objetos de la naturaleza, justamente porque son reales, pero lamentablemente, en la mayor parte de los casos, esto resulta muy costoso y difícil, tanto más en el ámbito docente. A través de estos enlaces, entonces, será posible ver en funcionamiento estos

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modelos - que se utilizan desde hace muchos años y que hasta el día de hoy no han sido contradichos - a través de simulaciones que los utilizan. Hecha entonces esta aclaración, pasemos a nuestro laboratorio virtual.

El laboratorio virtual

Les proponemos visitar los siguientes sitios y realizar las actividades (simulaciones) que allí se encuentran:

Cuantificación de la energía

• Simulación experiencia de Franck y Hertz

http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/cuantica/frankHertz/frankHertz.htm

• Radiación de cuerpo negro

http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/cuantica/negro/radiacion/radiacion.htm

• Ejemplos de radiación de una lámpara eléctrica o del Sol y una

simulación sobre el calentamiento de un cuerpo

http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/cuantica/negro/ejemplos/ejemplos.htm

• El átomo de Hidrógeno, los números cuánticos y los distintos orbitales

con evaluación al final

http://perso.wanadoo.es/cpalacio/NumerosCuanticos12.htm

• Efecto fotoeléctrico: emisión de electrones por metales iluminados con luz.

http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/cuantica/fotoelectrico/fotoelectrico.htm

• Spin y experimento de Stern-Gerlach

http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/cuantica/sternGerlach/sternGerlach.htm

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Con diodos

• Rectificación de un voltaje alterno utilizando un puente con 4 diodos

http://www.ipes.ethz.ch/ipes/Diodenbruecke/sp_B2Diode.html

http://lc.fie.umich.mx/~a0327559d/Rectificador.html

• Rectificador con 4 diodos más un capacitor para mejorar el voltaje casi continuo de salida

http://www.ipes.ethz.ch/ipes/Diodenbruecke/sp_B2_3.html

• Animación con la construcción de un diodo a partir de oblea de silicio

http://webpersonal.uma.es/de/ECASILARI/Docencia/Applets/Applet9/FabricacionDiodoApplet.html

Actividad con Diodos, Leds y diodos láser

Busque 10 dispositivos que pueda encontrar en su casa o su trabajo donde se utilicen diodos, LEDs o diodos láser. Explique que acción cumplen estos elementos de estado sólido en el dispositivo electrónico.

Estimaciones con CD-DVD

Uno de los procesos para resolver problemas consiste en simplificar las condiciones del mismo para poder manejarlo (que en realidad, es lo que hacemos cuando modelizamos la naturaleza, tal como describimos anteriormente). Una vez que tenemos el modelo en funcionamiento en muchas ocasiones necesitamos saber aproximadamente los valores de las variables involucradas en él. Para ello es de gran utilidad estimar (es decir, calcular en forma aproximada) estos valores. Por otro lado estimar un valor también resulta de gran ayuda para tomar conciencia de qué magnitud numérica estamos manejando.

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a) Visite las siguientes direcciones y sus enlaces y trate de estimar cuántos unos y cero se almacenan en un CD y un DVD. http://www.dei.uc.edu.py/tai98/DVD/introduccion.htm http://the-geek.org/escepticos/200107/msg00270.html b) También mire la siguiente animación para comprender más acabadamente el almacenamiento con unos y ceros en un CD/DVD. http://micro.magnet.fsu.edu/electromag/java/cd/

c) Intente estimar cuanta música se puede guardar en un CD y en un DVD sin recurrir a la compresión MP3. d) Averigüe porqué se utiliza un diodo láser en un CD y por qué no se utiliza un LED. ¿Por qué si el láser es azul se puede leer información almacenada con mayor densidad como es el caso del BluRay?

Animaciones

Digitalización de un sonido analógico En la animación que se ve en el siguiente link http://www.geea.org/IMG/swf/analo-num-synth.swf se muestra una digitalización de una señal de 0 a 5 volts digitándola hasta en ocho valores diferentes (para eso se utilizan tres bits). A partir de ella, averigüe:

• cuántos bits utiliza un codificador para digitalizar audio y qué significado

tiene eso;

• cómo se relaciona esta información con la estimada anteriormente sobre

cuántos unos y ceros se pueden almacenar en un CD;

• qué papel juega la escala horizontal correspondiente al tiempo.

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La consigna para este foro es elegir una de las actividades propuestas y presentar los siguientes aspectos:

� Nombre de la actividad

� Enlace

� Nivel de desarrollo

� Breve análisis de la misma.

Los espero!