Act 2 299003 Grupo 50 Wilman Lopez (2)

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS, TECNOLOGÍA E INGENIERÍA

299003_50- FISICA MODERNAACTIVIDAD FASE 2 - TRABAJO COLABORATIVO

UNAD - CEAD MEDELLIN

CURSO

FISICA MODERNA (Grupo 299003_50)

Actividad Fase 2 - Trabajo Colaborativo

PROGRAMA

INGENIERIA DE TELECOMUNICACIONES

Presentan:

Wilman Darío López Carmona - 98645607

Tutora del Curso:

Gabriela Inés Leguizamón Sierra

07 - Octubre - 2015

Medellín



INTRODUCCIÓN

Con la realización de la siguiente actividad, se evidencia el conocimiento adquirido referente a la unidad 2 del curso de Física Moderna, con lo cual se evidencia nuestra practica frente a los diferentes temas de la unidad.

Una vez hecho este proceso se comienza la interacción con los compañeros del curso para discutir y definir con todos el proceso de los ejercicios que se deben desarrollar.

Actualmente, el curso es de gran importancia, ya que nos da un sentido analítico de las cosas y nos ayuda a mejorar en algunos otros cursos de nuestra carrera.



OBJETIVOS

Afianzar los conocimientos teóricos y prácticos que se desarrollaron en la unidad 2 del curso.

Aplicar las diferentes ecuaciones y procedimientos matemáticos que se requieren de acuerdo a los problemas planteados, con lo cual se espera encontrar la mejor solución para los ejercicios.

Realizar una comparación y debate con los compañeros del curso en el respectivo foro destinado para tal fin, con lo cual se definirá una consolidación de un trabajo final.



RESOLVER LOS SIGUIENTES PROBLEMAS

Resuelva los siguientes ejercicios, recuerde que aquí esta solo el enunciado, los valores de las variables de los datos que están de color ROJO los encuentra en la tabla de datos que cada grupo debe generar (UNA POR GRUPO). Por cada enunciado o actividad se deben desarrollar 5 ejercicios y recuerde que cada estudiante debe desarrollar un ejercicio por actividad.

ACTIVIDAD No. 1 La temperatura de un objeto es de T grados centígrados.

a) 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.

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

c) 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).

Ésta actividad de simulación (ítem c) es la PRÁCTICA 1 del curso, por lo cual diríjase al entorno de aprendizaje práctico, descargue la Guía de Laboratorio Virtual y léala atentamente, para que haga la respectiva simulación.

*Recuerde, los valores de T y XA los encuentra en la tabla de datos, son 5 ejercicios en total.

R//. T = 23277° C XA = 14 m2

Para la solución del problema utilizamos las siguientes leyes

Ley de Stefan-Boltzmann

P=σAe T 4

Se tienen los datos de P=¿?

A=14 m2

e=1

T 4=24050,15 K

σ=5,67∗10−8 W /m2 K 4

P=[5,67∗10−8 W

m2 K4 ]∗14 m2∗1∗24050,15 K 4

P=0,01909100W



Longitud de onda máxima aplicando ley de desplazamiento de Wien

λmax∗T=2,898∗10−3mK

λmax=2,898∗10−3 mK

24050,15 K

λmax=0,00000012049 m

λmax=120,498209nm

A continuación la simulación solicitada:



ACTIVIDAD No. 2 Considere un objeto a temperatura de T grados centígrados. Para el pico de la distribución espectral calcule:

a) La longitud de onda máxima (es decir, el pico espectral) en nm. b) La frecuencia de un fotón para la anterior longitud de onda en Hz. c) La energía de un fotón para la anterior longitud de onda en eV.

Usted puede comprobar el cálculo de la longitud de onda máxima haciendo uso del simulador 1. No es necesario que coloque las imágenes de las simulaciones en el informe.

*Recuerde, los valores de T los encuentra en la tabla de datos, son 5 ejercicios en total.

R//. T= 32° C32 °C son305,15 K

λmax∗T=2,898 x 10−3 mK

λmax=2,898∗10−3 mK

305,15 K=0,00000949696 m=9,496968704 nm

v= cλ

Donde V es la frecuencia y C es velocidad de la luz

V= 3∗108 m /s0,00000949696 m

=31,58905587 x1012h z

E=hv=hfE ( Energia radiante )

h (Constante de planck 6,626 E−34 J .S )v ( v tambien se pone como f dado que es la frecuencia deradiacion )



c= λ∗v

v= cλ

E=hcλ

E=( 6,626 x 10−34 js ) (3∗108 m/ s)

0,00000949696 m=2,093090842 x 10−20 j=0,13064046046635 eV

ACTIVIDAD No. 3Haciendo uso del simulador 3, obtenga para cada valor de temperatura T:

a) La energía total emitida que aparece en el simulador, es decir 𝐸𝑇 𝑒𝑛 𝑢𝑛𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒[𝑀𝑊𝑚2⁄]. (Anexe una imagen en el informe de una sola simulación para cualquiera de los 5 datos).

b) La longitud de onda máxima 𝜆𝑚𝑎𝑥 𝑒𝑛 𝑢𝑛𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒𝑠 [𝑛𝑚]. (Anexe una imagen en el informe de una sola simulación para cualquiera de los 5 datos).

c) Con los datos obtenidos grafique la cuarta potencia de la temperatura vs la energía total emitida, (puede utilizar Excel para hacer la gráfica):

d) Con los datos obtenidos grafique el inverso de la temperatura vs la longitud de onda, (puede utilizar Excel para hacer la gráfica):

e) Obtenga ya sea mediante Excel o de manera manual la pendiente de las dos gráficas.f) A partir de las pendientes encontradas, ¿qué representa cada pendiente?.

Ésta actividad es la PRÁCTICA 2 del curso, por lo cual diríjase al entorno de aprendizaje práctico, descargue la Guía de Laboratorio Virtual y léala atentamente, para que haga las respectivas simulaciones.



* Recuerde, los valores de T en grados kelvin los encuentra en la tabla de datos. En esta actividad a cada integrante le corresponden 5 datos de temperatura, por lo tanto debe hacer con sus datos los puntos desde a) hasta f).

Nota: al realizar las gráficas las unidades de 𝐸𝑇 deben estar en 𝑊⁄𝑚2 y las unidades de la 𝜆𝑚𝑎𝑥 deben estar en 𝑚.

R//.a) La energía total emitida que aparece en el simulador, es decir 𝐸𝑇 𝑒𝑛 𝑢𝑛𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒[𝑀𝑊𝑚2⁄]. (Anexe una imagen en el informe de una sola simulación para

cualquiera de los 5 datos).

De acuerdo a los datos obtenidos en la tabla de Excel del trabajo colaborativo 2, y basados en el ejercicio con el simulador se tiene que la energía total emitida para cada caso es la siguiente:

Nota: se aclara que las temperaturas en la práctica no son iguales a las solicitadas en la tabla de Excel ya que la práctica no deja ponerla igual, solo la deja aproximar, por lo anterior se verá en la tabla las temperaturas.

Temperatura ° k 5321,5 3894,5 5688,5 4587,5 3999,5

ET (MW /m2) 45,5 13 59,4 25.1 14,5

b) La longitud de onda máxima 𝜆𝑚𝑎𝑥𝑒𝑛𝑢𝑛𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒𝑠 [𝑛𝑚]. (Anexe una imagen en el informe de una sola simulación para cualquiera de los 5 datos).



Temperatura ° k 5325,5 3894,5 5688,5 4587,5 3999,5

λ max (nm) 544 744 509 631 724

c) Con los datos obtenidos grafique la cuarta potencia de la temperatura vs la energía total emitida, (puede utilizar Excel para hacer la gráfica):

d) Con los datos obtenidos grafique el inverso de la temperatura vs la longitud de onda, (puede utilizar Excel para hacer la gráfica):

Para la solución de este punto el primer paso a seguir es el de calcular el inverso de la temperatura de cada uno de los datos quedando así:

λmax 544 744 509 631 724



Inverso de la temperatura

1/T

1 .879∗10−4 2 .57∗10−4 1 .758∗10−4 2 .180∗10−4 2 .500∗10−4

Por lo cual la gráfica obtenida es:

e) Obtenga ya sea mediante Excel o de manera manual la pendiente de las dos gráficas.De acuerdo a lo encontrado en Excel, la pendiente de la gráfica de ET vs . T 4es:

1 .76331∗1 013

Mientras que la pendiente de la grafica λ max ( m) vs 1/ t es igual a

2 .90∗1 06



f) A partir de las pendientes encontradas, ¿qué representa cada pendiente?

La pendiente de una recta es la representación del ángulo de la recta, en relación a dos magnitudes y es la razón de cambio de la variable dependiente con respecto a la variable independiente.

# T[K]ET [ MW

m2 ] λmax [ nm ]

1 5321,5 45,5 544

2 3894,5 13 744

3 5688,5 59,4 509

4 4587,5 25,1 631

5 3999,5 14,5 724

ACTIVIDAD No. 4Antes de iniciar esta actividad, es fundamental que identifique claramente que es la longitud de onda de corte y la frecuencia de corte para el efecto fotoeléctrico.

a) Selecciona un material y a partir de las funciones de trabajo que se dan a continuación establezca la longitud de onda de corte teórica en nm (mostrar el paso a paso del cálculo en el informe).



b) Para el material seleccionado y utilizando el simulador del efecto fotoeléctrico encuentre la longitud de onda de corte experimental, recuerde que esta corresponde al límite donde no hay desprendimiento de electrones. (Para este punto utilice una intensidad de 100% y anexe la imagen en el informe).

Utilice para los puntos a y b

Por ejemplo, para el material ??? que está en el simulador la longitud de onda de corte experimental es 336nm, ya que es límite donde ya no existe desprendimiento de electrones, ver imagen:

c) Interactúe con el simulador y teniendo claro la longitud de onda de corte experimental para la el material seleccionado, conteste las siguientes preguntas (Anexe imágenes que sustenten sus respuestas):

1. Si la longitud de onda introducida en el simulador es MENOR que la longitud de onda de corte experimental conteste: ¿existe o no desprendimiento de electrones? Si se varía la intensidad para éste mismo caso ¿qué efectos observa? 2. Si la longitud de onda introducida en el simulador es MAYOR que la longitud de onda de corte experimental conteste: ¿existe o no desprendimiento de electrones? Si se varía la intensidad para éste mismo caso ¿qué efectos observa? 3. Teniendo en cuenta las anteriores respuestas, ¿de qué dependen el desprendimiento de electrones? ¿Cómo afecta la intensidad en el desprendimiento de electrones?Ésta actividad es la PRÁCTICA 3 del curso, por lo cual diríjase al entorno de aprendizaje práctico, descargue la Guía de Laboratorio Virtual y léala atentamente, para que haga las respectivas simulaciones.

R//. a) Selecciona un material y a partir de las funciones de trabajo que se dan a continuación

establezca la longitud de onda de corte teórica en nm (mostrar el paso a paso del cálculo en el informe). La longitud de onda de corte es:



λc=hc∅

=1240 eV . nm4,3 eV

=288,372 nm=0,00000028837 m

Material Funciones de trabajo ∅ Longitud onda de corte [nm]

Zn 4,3 eV 288,372

f = cλ

f = 3 x108m / s0,00000028837 m

= 1040,330*1012 HZ

b) Para el material seleccionado y utilizando el simulador del efecto fotoeléctrico encuentre la longitud de onda de corte experimental, recuerde que esta corresponde al límite donde no hay desprendimiento de electrones. (Para este punto utilice una intensidad de 100% y anexe la imagen en el informe).

f = cλ

f = 3 x108m / s0,000000287 m

= 1045,296167*1012 HZ

Material Funciones de trabajo ∅ Longitud onda de corte [nm]

Zn 4,3 eV 287

Nota: Se aproxima a 287 ya que en la práctica no es posible igualar el valor de 288,372 nm.



c) Interactúe con el simulador y teniendo claro la longitud de onda de corte experimental para la el material seleccionado, conteste las siguientes preguntas (Anexe imágenes que sustenten sus respuestas):

1. Si la longitud de onda introducida en el simulador es MENOR que la longitud de onda de corte experimental conteste: ¿existe o no desprendimiento de electrones? Si se varía la intensidad para éste mismo caso ¿qué efectos observa?

R//. Se logra identificar que a menor longitud de onda se disminuye el desprendimiento y es mas rápido y cuando se aumenta la intensidad, disminuye aun más el desprendimiento.

2. Si la longitud de onda introducida en el simulador es MAYOR que la longitud de onda de corte experimental conteste: ¿existe o no desprendimiento de electrones? Si se varía la intensidad para éste mismo caso ¿qué efectos observa?

R//. Cuando se aumenta la longitud de onda a solo 290 nm, se nota que no hay mas desprendimiento y no se tiene ningún otro cambio cuando se modifica la intensidad.

3. Teniendo en cuenta las anteriores respuestas, ¿de qué dependen el desprendimiento de electrones? ¿Cómo afecta la intensidad en el desprendimiento de electrones?



R//. El desprendimiento depende de la frecuencia de corte, pues si esta es mayor que la energía del fotón, ningún electrón será emitido.La intensidad afecta el desprendimiento de electrones, cuando se afecta aumentando o disminuyendo la velocidad de desprendimiento de manera proporcional a la intensidad. Es decir a menor intensidad, menos rápido se desprenden los electrones.

ACTIVIDAD No. 5Rayos X que tienen una energía de E experimentan dispersión de Compton desde un objetivo. Los rayos dispersados se detectan a un ángulo respecto a los rayos incidentes. Determine: 𝜽

a) La energía cinética 𝑬′ de los rayos X dispersados. (Recuerde que 𝑬′=𝒉𝒄𝝀′).b) La energía cinética 𝑲𝒆 del electrón rechazado.

*Recuerde, los valores de E y 𝜽 los encuentra en la tabla de datos, son 5 ejercicios en total.

R//.

CONCLUSIONES



Al aumentar la temperatura de un radiador de cuerpo negro, aumenta la energía radiada general, por consiguiente, el pico de la curva de radiación se mueve hacia longitudes de ondas más cortas. Con la ley del desplazamiento de Wien, se determina la temperatura de objetos radiantes calientes tales como estrellas, e incluso, para una determinada temperatura de cualquier objeto radiante, cuya temperatura es muy superior a la de su entorno.Es importante señalar que el pico de la curva de radiación en la relación de Wien, es el único pico dado que la intensidad se representa gráficamente como una función de la longitud de onda. Si se utiliza la frecuencia o alguna otra variable en el eje horizontal, el pico será a una longitud de onda diferente.

Se tiene que la energía radiante sólo podría existir en cuantos discretos, que eran proporcionales a la frecuencia. También podemos indicar que el cuanto de energía de un fotón no es la constante de Planck h en sí, sino el producto de h por la frecuencia. Podemos decir que la cuantificación implica que un fotón de luz azul de una longitud de onda o frecuencia dada, siempre tendrá el mismo tamaño cuántico de energía.Cuando la frecuencia disponible es continua y sin límite superior o inferior, se determina que no hay límite finito superior o inferior en la energía posible de un fotón. En la parte superior hay límites prácticos, porque se cuenta con mecanismos limitados, para la creación de fotones de muy alta energía. por último dejamos claro que en los límites de baja frecuencia, las cosas se mezclan con el tratamiento clásico y no es necesario un tratamiento cuántico.

BIBLIOGRAFIA



Syllabus, Física Moderna 2015, recuperado de http://campus13.unad.edu.co/campus13_20152/course/view.php?id=84

Modulo y material didáctico, curso Física Moderna, UNAD, 2015.

Física Moderna, Tercera Edición, Raymond A, Clement J, Curt A, Diciembre del 2003.

Fisica 1, Principios con Aplicaciones, Sexta Edicion, Douglas C. Giancoli, Mexico 2009.

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