Problemas de la Fsica Moderna

(FSICA: Para estudiantes de Ciencias e Ingenieras Raymond Serway 3era Ed)

= Revisin de Conceptos, = Algo de Estrategia, = Algo de estrategia y algo de matemtica. BY COSMOFLOYD

Cuerpo Negro - El Efecto Fotoelctrico -preguntas tericas .

1. Qu suposiciones (o postulados) fueron hechas por Planck al abordar el problema de

radiacin del cuerpo negro? Analice las consecuencias de estas suposiciones.

Respuesta: el hizo dos especulaciones I) la energa en las molculas se encuentra

cuantizada. II) Las molculas absorben o emiten energa en cantidades discretas. Esto iba

en contra de las ideas de la Mecnica Clsica que deca que la energa era continua y

siempre divisible. Esto tambin llevo a concluir incluso que el tomo tena una estructura

ordenada.

2. El modelo clsico de la radiacin de cuerpo negro dado por Rayleigh-Jeans tuvo dos

defectos principales. Identifquelos y explique como los trat la Ley de Planck.

Respuesta: I) el primer problema de la ley de Rayleigh-Jeans, es que predeca que a

longitudes de onda corta, la intensidad de radiacin emitida por un cuerpo negro tenda al

infinito. Este problema se conoce como la catstrofe del ultravioleta. II) El segundo

problema es que la ley predeca una salida de potencia muchsimo mayor a la descrita por

medidas experimentales. Planck utilizo medidas experimentales y ajusto los datos para

modelar la formula en razn a un factor exponencial cuyo denominador dependa de 1/.

De esta forma se pudo modelar las curvas en razn a los datos experimentales.

3. Si los tomos se mueven y de esta forma todos los objetos emiten energa. Por qu en tal

caso Ud. no es capaz de ver todos los objetos existentes en un cuarto oscuro?

Respuesta: los ojos humanos no son sensibles a todas las longitudes de onda, nosotros

solo vemos longitudes que van desde la franja de 400 nm hasta aprox. 700 nm (espectro

visible). Los objetos fros es decir aquellos cercanos a 0 grados Kelvin, emiten radiacin

infrarroja esta zona esta por debajo del espectro visible, nuestros ojos estn adaptados

para ver objetos que emiten o reflejan radiacin que en la zona del espectro visible.

4. Cul de los dos fotones tiene ms energa, un fotn de luz ultravioleta o un fotn de luz

amarilla?

Respuesta: hay una relacin importante que recordar, a frecuencias altas, la longitud de

onda es menor y por lo tanto la radiacin es ms energtica; a longitudes de ondas

mayores, la frecuencia es menor y la energa es baja. Un fotn en el ultravioleta tiene una

longitud de onda menor y una frecuencia mayor que la del fotn amarillo, por lo tanto un

el fotn ultravioleta tiene una mayor energa.

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5. Si el efecto fotoelctrico se observa en un metal, se puede concluir que el efecto se

observara en otro metal con las mismas condiciones?

Respuesta: No ocurre. Si el material es de otra sustancia puede que tenga una funcin de

trabajo () mayor que el primero, en este caso los fotones incidentes no tendran la

suficiente energa para expulsar los fotoelectrones del segundo material.

6. En una noche oscura y despejada de verano, la estrella Vega, de la constelacin de la Lira,

posee un brillo azuloso, otra estrella en ese mismo instante, Arturo de la constelacin de

Boyero, presenta un brillo blanco. Que informacin fsica puede decir acerca de estas dos

estrellas.

Respuesta: Muchas estrellas radian de forma similar a los cuerpos negros. Siendo as Vega

es muchsimo mas energtica que Arturo, ya que Vega radia mas intensamente en la zona

del azul, luego esta estrella tiene una temperatura mas alta que Arturo.

7. En el efecto fotoelctrico explique por que la fotocorriente depende de la intensidad de la

fuente de luz pero la energa cintica mxima no depende de esta.

Respuesta: Si la frecuencia de la luz excede a la frecuencia de corte (f se observa el

efecto y el numero de fotoelectrones emitidos (fotocorriente= corriente de

fotoelectrones) es proporcional a la intensidad de la luz. Ahora el hecho de que la

sea independiente de la intensidad de la luz se explica de la siguiente manera: si la

intensidad de la luz se duplica, el nmero de fotones se duplica, y se esperara que el

nmero de fotoelectrones se duplicara. Sin embargo, la que es igual a

depende solo de la frecuencia de la luz incidente y de la funcin de trabajo, no de la

intensidad de la luz.

8. En el efecto fotoelctrico explique por que el potencial de frenado depende de la

frecuencia de la luz pero no de la intensidad.

Respuesta: El potencial de frenado mide la energa cintica de los fotoelectrones ms

enrgicos Cada uno de estos electrones posee una energa discreta de E=hf, por lo tanto

de esta sencilla ecuacin deducimos que la energa del fotn depende solamente de la

frecuencia dela luz. La intensidad solo nos dice la cantidad de fotones que pasan o llegan

a determinada rea.