Practica 5- Longitud de onda. QG II PDF

Preview

Summary

Práctica 5 Longitud de onda...

Description

Introducción La nueva era de la física comenzó en 1900 con el físico alemán Max Planck. Al examinar los datos de la radiación que emiten los sólidos calentados a diferentes temperaturas, Planck descubrió que los átomos y las moléculas emiten energía sólo en cantidades discretas. Los físicos siempre habían asumido que la energía es un proceso continuo y que en el proceso de radiación se podía liberar cualquier cantidad de energía. La teoría cuántica de Planck revolucionó la física. Para comprender la teoría cuántica de Planck, debemos tener un cierto conocimiento acerca de la naturaleza de las ondas. Imaginemos que una onda es una alteración vibrátil mediante Las propiedades características de las ondas son su longitud y altura, así como el número de ondas que pasan por un determinado punto en un segundo. La longitud de onda λ (lambda), es la distancia entre puntos iguales de ondas sucesivas. La frecuencia, ν (nu), es el número de ondas que pasan por un punto particular en un segundo. La amplitud de la onda es la distancia vertical de la línea media a la cresta o al valle de la onda. La velocidad es otra de las propiedades importantes de una onda, que depende del tipo de onda y del medio en el cual viaja (por ejemplo, aire, agua o vacío). La velocidad ( υ ) de una onda es el producto de su longitud y frecuencia: υ=λ /ν El concepto esencial de la ecuación se comprende mejor cuando analizamos las dimensiones físicas contenidas en los tres términos. La longitud de onda ( λ ) expresa la longitud de la onda, o distancia/onda. La frecuencia ( ν ) representa el número de ondas que pasan por un punto de referencia por unidad de tiempo. es decir, ondas/tiempo. La longitud de onda se expresa de forma usual en unidades de metros, centímetros o nanómetros y la frecuencia se mide en hertz (HZ), donde: 1 HZ = 1 ciclo/s.1 Radiación electromagnética Existen muchos tipos de ondas, como las del agua, del sonido y de la luz. En 1873, James Clerk Maxwell propuso que la luz visible se compone de ondas electromagnéticas. De acuerdo con esta teoría, una onda electromagnética tiene un componente de campo eléctrico un componente de campo magnético. Ambos componentes tienen la misma longitud de onda y frecuencia y, por tanto, igual velocidad, pero viajan en planos perpendiculares entre sí. En particular, el modelo de Maxwell describe con exactitud cómo se puede propagar la energía en forma de radiación a través del espacio como una vibración de campos

magnético y eléctrico. La radiación electromagnética es la emisión y transmisión de energía en forma de ondas electromagnéticas. Las ondas electromagnéticas viajan alrededor de 3.00 x 108 metros por segundo o 186 000 millas por segundo en el vacío. Esta velocidad varia según el medio, pero no lo suficiente para modificar sustancialmente los cálculos. Por convención, la velocidad de las ondas electromagnéticas. que comúnmente se llama velocidad de la luz, se expresa con el símbolo C . La longitud de onda de las ondas electromagnéticas se expresa comúnmente en nanómetros ( nm ).2

Las ondas largas de radio se transmiten mediante grandes antenas, como las que se utilizan en las telecomunicaciones. Las ondas de luz visible, más cortas, se deben al movimiento de los electrones en los átomos y moléculas. Las ondas más cortas, que también tienen la frecuencia más alta, se asocian a los rayos γ (gamma), que se forman durante los cambios ocurridos dentro del núcleo del átomo. A medida que aumenta la frecuencia, la radiación es más energética. Así, la radiación ultravioleta, los rayos X y los rayos γ son radiaciones de alta energía. Teoría cuántica de Planck Cuando los sólidos se someten a calentamiento, emiten radiación electromagnética que abarca una amplia gama de longitudes de onda. La luz rojiza tenue de un calentador eléctrico o la luz blanca brillante de una lámpara de tungsteno son algunos ejemplos de radiación que emiten los sólidos calentados. Las mediciones hechas en la última parte del siglo XIX, mostraron que la cantidad de energía radiante que emite un objeto a una cierta temperatura, dependía de su longitud de onda. Sin embargo, la explicación de esta dependencia con la teoría ondulatoria establecida y con las leyes de la termodinámica no era del todo satisfactoria. Planck resolvió el problema con una suposición que se apartaba en forma radical de los conceptos establecidos. La física clásica asumía que los átomos y las moléculas emitían (o absorbían) cualquier cantidad arbitraria de energía radiante. En cambio, Planck proponía que los átomos y las moléculas emiten (o absorben) energía sólo en cantidades discretas,

como pequeños paquetes o cúmulos. A la mínima cantidad de energía que se podía emitir (o absorber) en forma de radiación electromagnética, Planck la llamó cuanto. La energía E de sólo un cuanto de energía está dada por: E=hν Donde h es la constante de Planck, cuyo valor es de frecuencia de la radiación.

6.63 x 10

−34

J s,

ν

es la

Al estudiar Einstein el fenómeno mediante la hipótesis de Planck, llegó más lejos que el postulador de la teoría, al admitir que la energía luminosa emitida en forma de cuantos conserva esa forma discontinua durante su propagación y se absorbe de la misma manera. Según esta interpretación, la energía luminosa de frecuencia ν era transportada por corpúsculos de energía hν , a los que Einstein llamó cuantos de luz y que posteriormente se denominarían fotones. Como la energía hν de un fotón incidente se emplea en parte con la finalidad de realizar el trabajo de arrancar un electrón y en parte a fin de proporcionarle energía cinética, para que un fotón pueda arrancar un electrón es preciso que su energía hν , sea mayor que el trabajo que hay que cumplir. Así pues, si un fotón no dispone de energía suficiente no es posible sumar la energía de otro fotón para conseguir el desprendimiento de un electrón. De todo ello se deduce que lo decisivo para el proceso de arranque no es la energía total de los rayos que inciden sobre el metal, sino la frecuencia ν de los mismos, que es la que determina la energia individual de cada fotón.3 Radiación continua:

λ=

Radiación discontinua:

C ν E=hν=

hC λ

El fenómeno del efecto fotoeléctrico consiste en irradiar, cualquier material que se ha fotosensible, la superficie con cierta longitud de onda de la radiación incidente. El electrón del material fotosensible absorbe la energía del fotón y sale de la superficie de dicho material, originando los potenciales de ionización de los metales.

Objetivos: Determinar la longitud de onda de un láser por medio del teorema de Pitágoras, y por fórmulas que ayudan a conocer la longitud de onda de un haz de luz.

Discusión de resultados Para la práctica tuvimos que repetir en diversas ocasiones el procedimiento, no siendo la causa la mala elaboración de la misma si no que los materiales no estaban en las condiciones adecuadas. Empezando la experiencia, en el primer intento lo que falló fue la diapositiva ya que esta se había despegado del marco, en el segundo intento tratamos de hacer de nueva cuenta la práctica, no obstante, en esta oportunidad falló el láser ya que este n contaba con la cantidad de batería suficiente como para sostener una iluminación constante. En la ocasión que pudimos terminar la práctica pudimos observar que entre el haz de luz central había otro haz que por decirlo así era su reflejo, mediante la obtención de los dos puntos de luz pudimos determinar L en la fórmula que se presenta a continuación 2

2

c =a + b

2

El teorema de Pitágoras nos ayuda a encontrar L a partir del conocimiento de A A L

λ=d

λ lambda es la longitud de onda del haz

Donde

d = 1.08x 10-8cm A es la longitud que hay entre la diapositiva y la tabla que ocupamos L es la hipotenusa Posteriormente con la fórmula que a continuación se presenta sirve para la determinación de la frecuencia de onda dicha ´´fórmula´´ es un despeje de otra ν=

C λ ν es la frecuencia de onda

Donde

C es la velocidad de la luz λ

Es la longitud de onda

Por último, con otra fórmula se determinó la energía de dicha luz con la fórmula E=hν Donde E es la energía h es una constante igual a 6.63x10-34 ν es la frecuencia de onda

Con todas las formulas anteriores obtuvimos la longitud de onda, la frecuencia de onda y la energía.

Conclusión El método utilizado nos permitió obtener resultados propuestos, el cual fue medir la longitud de onda del láser con una regla, además de obtener la frecuencia de oscilación y la energía del mismo.

Bibliografía: 1. Chang, Raymond Química, 7ª edición McGraw-Hill, México, 2000. 2. J.E., Amaro. (2006). 2.1 Espectro electromagnético. [online] Ugr.es. Available at: https://www.ugr.es/~amaro/radiactividad/tema1/node3.html. 3. López I. Lander, Porro A. Jose, Torróntegui M. Erick, Garcia E. Miguel, 1° Física. Fundamentos de Química, Ehu.eusa, mayo 2014. Available at: http://www.ehu.eus/zorrilla/juanma/Cuantica_Relatividad.pdf...