Física IIID

Guía N° 2 Interacción de la radiación con la materia

1) Se coloca una placa de potasio (K) muy grande a cierta distancia de una fuente luminosa

cuya intensidad es 1 W/m2. Suponga que la energía luminosa viaja en forma de onda plana y se esparce uniformemente sobre la placa de K. Suponga además, que un electrón que recibe la energía (perteneciente a la placa), presenta un área circular efectiva de tamaño similar a un radio atómico (~ 1 Å). La energía necesaria para extraer a un electrón de la superficie del potasio es de ~ 2,1 eV. Según las hipótesis de la teoría clásica ¿Cuánto tiempo le tomaría a este blanco absorber la cantidad de energía necesaria para extraer al electrón? ¿El tiempo calculado se corresponde con el valor obtenido experimentalmente? Justifique.

2) Un haz ultravioleta de 0,35 mW incide sobre una superficie fotosensible. Ésta emite

electrones, los cuales son recolectados y se los hace circular por un circuito eléctrico. Calcular la intensidad de la corriente eléctrica sabiendo que la frecuencia de la radiación es de 8,6×1015 Hz, y que la relación entre el número de electrones emitidos y el número de fotones incidentes (rendimiento fotoeléctrico, ) es de 10-6.

3) Las longitudes de onda típicas de los fotones que producen efecto fotoeléctrico en los

metales, cuyas funciones trabajo son del orden de 1 ó 2 eV, van desde 3000 hasta 6000 Å. 3.1) Estimar el valor de la energía cinética típica de los fotoelectrones. 3.2) ¿Es posible arrancar electrones de los metales bombardeando con microondas (λ ~

10 cm)? 4) La función trabajo del litio es 2,13 eV. Se incide sobre Li con un haz de luz con λ = 500

nm que arranca 1010 electrones por segundo. Hacer una gráfica de la corriente de fotoelectrones como función de la diferencia de potencial entre cátodo y ánodo indicando el valor del potencial de frenado y la corriente de saturación. ¿Y si la luz hubiera sido de menor λ?

5) Se aceleran partículas (carga = 2e) con una diferencia de potencial de 20000 V. Las

partículas inciden sobre un blanco metálico y en el proceso se producen rayos X. Encontrar la longitud de onda más pequeña de los rayos X emitidos por el blanco.

6) En un experimento Compton la longitud de onda del fotón incidente es 1,3249 Å, mientras

que la del fotón dispersado es 1,3461 Å. 6.1) ¿En qué ángulo se dispersó el fotón? 6.2) Ídem para el electrón. 6.3) ¿Cuál es la energía cinética del electrón dispersado?

7) Se tiene un par de electrodos donde los electrones son emitidos térmicamente desde el

cátodo y luego son acelerados hacia el ánodo mediante un potencial aplicado V. Cuando éstos impactan sobre el ánodo se observa la emisión de fotones. 7.1) Calcular la longitud de onda mínima de los fotones emitidos sabiendo que el

potencial genera electrones con energías de 40 KeV. 7.2) El espectro de emisión, ¿es continuo o discreto? Justificar.

Última modificación: 02/08/2011

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Última modificación: 02/08/2011

8) Un fotón de frecuencia ν = 3×1018 Hz es dispersado por efecto Compton por un electrón

inicialmente en reposo. Después de la colisión, el electrón se mueve en el mismo sentido que tenía el fotón incidente: 8.1) Encontrar la longitud de onda del fotón dispersado. 8.2) ¿Cuál es la energía del electrón dispersado?

9) Se tiene una fuente de radiación de superficie esférica (rf = 0,5 cm, T = 700 ºC) cuyo

coeficiente de emisividad es independiente de la longitud de onda (e = 1). A cierta distancia (d = 30 cm) se coloca un filtro óptico que solo deja pasar las longitudes dentro del rango (700 ± 0,05) nm. Luego, el haz de fotones proveniente del filtro, se hace incidir sobre una superficie metálica cuya área es igual a 25 cm2. Si de ésta se emiten electrones, se los recolecta y se los hace circular por un circuito eléctrico. 9.1) Calcular la cantidad de potencia que sale del filtro. 9.2) Para un determinado rendimiento fotoeléctrico () y función trabajo (o) calcular la

intensidad de corriente eléctrica en los casos: 9.2a) = 1 y o = 1 eV. 9.2b) = 0,1 y o = 2,3 eV.

Nota: para los puntos 9.2a) y 9.2b) despreciar el ∆. 10) Un fotón se dispersa 30° en una dispersión Compton contra un electrón que en el proceso

gana 50 KeV de energía cinética. ¿Cuál es la longitud de onda del fotón incidente? Preguntas a) ¿Puede producirse efecto fotoeléctrico en el caso de electrones libres? Justifique. b) Una placa metálica aislada emite fotoelectrones cuando se la ilumina con luz ultravioleta

pero al cabo de un cierto tiempo cesa su emisión. Explicar. c) En el efecto Compton se adquieren, a distintos ángulos de dispersión, espectros que

representan la intensidad de la radiación X dispersada como función de su longitud de onda. Si a 90° se observan dos máximos de intensidad que se encuentran a λ = 0,709 Å y λ = 0,733 Å. Describir brevemente qué representan estos máximos. ¿Cómo hubiera sido el espectro a 0°?

d) ¿Por qué es prácticamente imposible observar el efecto Compton empleando luz visible? e) En una dispersión Compton ¿cuál es el ángulo de dispersión () del fotón dispersado

respecto del fotón incidente si: e.1) se produce una máxima transferencia de energía del fotón incidente al electrón? e.2) se produce una máxima transferencia de cantidad impulso lineal del fotón incidente al

electrón? f) Explicar por qué si la energía cinética de una partícula es mucho menor que su energía

relativista en reposo (Ecinética << moc2), se pueden despreciar los efectos relativistas sobre

la masa de la partícula.