FM_2017_P2

F´ısica ısi ca Mode Mo dern rnaa

CeRP del Litoral, Litoral, Salto

F´ısic ıs ica a Mode Mo dern rna a – Pr´ Pr´ acti actico co 3 Propiedades corpusculares de la radiaci´ on on

2-1: Ley de Planck para bajas frecuencias

Demostrar que para bajas frecuencias, la distribuci´ on de Planck se aproxima a la de Rayleigh. on 2-2: Algo sobre el Sol

a) Suponien Suponiendo do que la temperatu temperatura ra en la superficie superficie del Sol es 5700 K, utilice utilice la ley de Stefan, para determinar la masa en reposo que se pierde por segundo en la radiaci´ on o n del Sol. Tome el di´ametro ametro del Sol como 1.4 × 109 m. b) ¿Qu´e fracci´ fracc i´ o n de la masa en reposo del Sol, se pierde cada a˜ on no no en radiaci´on on electro30 magn´ magn´etica? etica? Suponga que la masa en reposo del Sol es 2.0 × 10 kg. 2-3: Ley de Wien

a) ¿A qu´e longitud longitud de onda emite el cuerpo humano humano su radiaci´ on t´ermica erm ica m´ axima? axima? Haga una lista de las hip´otesis otesis que se hagan para llegar a una respuesta. b) Suponiendo que λ   = 7500 A est´a en el infrarrojo cercano para color rojo, y λ = 3500 A en el ultravioleta cercano para color azul. En la ley del desplazamiento de Wien aproximadamente, ¿qu´e temperatura temperatu ra corresponder´ correspon der´ a al color rojo? ¿Al color azul? max

max

2-4: Cavidad con peque˜ no no orificio

Una cavidad grande con un agujero muy peque˜ no, mantenida a una temperatura T , es una no, buena aproximaci´ aproximaci´ on a un radiador o cuerpo negro ideal. La radiaci´on on on puede entrar o salir de la cavidad s´olo olo a trav´ trav´es es del orificio. orificio. La cavidad cavidad es un absorbedor perfecto, p erfecto, porque cualquier cualquier radiaci´on on que incida en el agujero queda atrapada dentro de la cavidad. Una de esas cavidades est´a a 200 C y tiene un agujero de 4.00mm2 de area. a´rea. ¿Cu´anto anto tiempo tiemp o tarda la cavidad en irradiar 100 J de energ´ energ´ıa a trav´ t rav´ es es del agujero? ◦

2-5: Bombilla incandescente

Una bombilla bombilla el´ ectrica ectrica incandescente incandescente de 100 W tiene un filamento filamento cil´ cil´ındrico de tungsteno de 30.0 cm de longitu longitud, d, 0.40 mm de di´ diametro, a´metro, y su emisividad es 0.26. a) ¿Cu´al al es la temperatura del filamento? b) ¿Para qu´e longitud longit ud de onda ond a es m´ axima la radiancia espectral de la bombilla? Las bombillas axima incandescentes no n o son fuentes eficientes de luz visible. Explique por qu´e. e.

P´agina agina 1

CFE

F´ısica Moderna

CeRP del Litoral, Salto

2-6: Constante de Planck

La gr´ afica de la figura muestra el potencial de frenado co¬mo funci´on de la frecuencia de la luz incidente sobre una superficie de un determinado metal. a) ¿Qu´e valor de la constante de Planck se puede obtener de esta gr´ afica? b) Determine la funci´ on trabajo de este metal. c) ¿Por qu´e la gr´afica no se extiende por debajo del eje ν ? d) Si se empleara un metal diferente, ¿qu´e caracter´ısticas de la gr´ afica esperar´ıa que fueran iguales y cu´ales diferentes? 2-7: Efecto fotoel´ ectrico sobre una placa de potacio

La funci´ on trabajo para el efecto fotoel´ectrico del potasio es 2.3 electronvolt. Mediante un experimento se hace incidir luz de 250 nm de longitud de onda en la superficie de dicho material. a) Calcule el potencial de frenado en volts. b) Averig¨ ue la energ´ıa cin´etica y la rapidez de los electrones que se emiten con m´ as energ´ıa cin´etica, en electr´ on volts. 2-8: Efecto fotoel´ ectrico sobre una placa de cobre

Cuando una luz ultravioleta de 254 nm de longitud de onda incide sobre una superficie de cobre limpia, el potencial de frenado necesario para detener la emisi´ on de fotoelectrones es 0.181 V. a) ¿Cu´al es la longitud de onda umbral fotoel´ectrica para esta superficie de cobre? b) ¿Cu´al es la funci´on trabajo de esta superficie y c´ omo se compara el valor que calcul´ o con el que aparece en la tabla? Ejercicio de entrega

En una celda fotoel´ectrica, el c´ atodo met´ alico se ilumina con una radiaci´o n de 175 nm, el potencial de frenado para los electrones es de 1.86 V. Cuando se usa luz de 200 nm, el potencial de frenado es de 1.00 V. Calcula: a) El trabajo de extracci´ on del metal y la constante de Planck h. b) ¿Cu´a l es la rapidez m´a xima de los fotoelectrones si la longitud de onda incidente es 100 nm? c) ¿Se producir´ıa efecto fotoel´ectrico si se iluminase con luz de 250 nm? P´agina 2

CFE

F´ısica Moderna

CeRP del Litoral, Salto

Pregunta te´ orica:

a) ¿C´omo se define la radiancia espectral? Explique la ley de Stefan. b) Explique que se representa en el gr´ afico de la figura y ¿c´omo resuelve el problema del cuerpo negro Planck? c) Explique el experimento que se realiza con un dispositivo experimental como el de la figura. ¿Qu´e problemas encontraron las teor´ıas cl´asicas al intentar explicar el fen´omeno? d) ¿Que soluci´ on propone Einstein? Realice un bosquejo del potencial de frenado en funci´on de la frecuencia de la radiaci´ on incidente y comente sobre la curva.

P´agina 3

CFE