Practicas de 6 a 9 Fisica 4

Universidad Autónoma de Nuevo León Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Laboratorio de física IV Unidad temática II.- Óptica ondulatoria Reporte #6 Estudio del fenómeno de difracción de la luz. Profesora: Dra. Norma Flores Moreno Programa educativo: IMA Semestre Enero  Junio 2018 –

Fecha de Entrega: 02/05/2018 Brigada: 204 Hora: V1 y V2

PRÁCTICA #6 Estudio del fenómeno de difracción de la luz. Objetivo de la práctica:

Desarrollar habilidades de medición así como interpretar bien los resultados, qué es lo que significa, etc.

Desarrollo: Se debe analizar la rendija moviéndola de lugar, y con ayuda del láser, podemos ver cómo las rendijas van disipando o no las ondas, y con esto se forman líneas obvio, de color rojo, en base a esto, el equipo, sacará conclusiones de cuál es la que tiene mayor longitud de onda observando que en ese determinado ancho, la rendija muestra unas líneas muy separadas.

Hipótesis: Se harán diversas mediciones y se llegará a una conclusión de usar la medición con la rendija en la cual la luz tenga una mayor disipación de las líneas marcadas, esto se puede observar gracias a que marcaremos la luz en una hoja de papel. La hipótesis sería que el ancho de la rendija sería la más pequeña la de 2 mm, o sea la que tiene menos espacio. ¿Cómo cambian estas características al cambiar el ancho de la rendija? Digamos por ejemplo si la rendija se hace más estrecha, ¿los mínimos se alejan o se acercan del centro del patrón?

R= Se cree que cambian de manera que se van alejando si el ancho de la rendija es menor, por lo que a menor anchor de la rendija mayor será la disipación de las líneas. Introducción: En esta práctica se estudiarán el fenómeno de difracción por lo que necesitamos estar atentos a los diversos señalamientos y precauciones, de no estar jugando, etc. Se verá una luz pasar por una rendija y se verá “difractada”, por lo que se necesitarán las mediciones para determinar “a”. La difracción se puede observar interponiendo, justo frente a un ojo, una ranura muy estrecha recortada en una lámina opaca; o bien una ranura formada por los filos de dos hojas de afeitar pegados con cinta sobre una ranura más ancha recortada en una tira de cartoncillo.

Marco teórico: En general la difracción ocurre cuando las ondas pasan a través de pequeñas aberturas, alrededor de obstáculos o por bordes afilados. Cuando un objeto opaco se encuentra entre la fuente puntual de luz y una pantalla, la frontera entre las regiones sombreadas e iluminada sobre la pantalla no está definida. Una inspección

cuidadosa de la frontera muestra que una pequeña cantidad de luz se desvía hacia la región sombreada. La región fuera de la sombra contiene bandas alteradas brillantes y oscuras, donde la intensidad de la primera banda es más brillante que la región de iluminación uniforme.

Difracción de Fresnel. La Difracción de Fresnel o también difracción del campo cercano es un patrón de difracción de una onda electromagnética obtenida muy cerca del objeto causante de la difracción (a menudo una fuente o apertura). Más precisamente, se puede definir como el fenómeno de difracción causado cuando el número de Fresnel es grande y por lo tanto no puede ser usada la aproximación Fraunhofer (difracción de rayos paralelos) .

Luz coherente. Con una fuente de luz coherente, todas las ondas emitidas tienen la misma longitud de onda y la misma orientación. Todos los fotones tienen la misma energía y la misma impulsión. Esta luz monocromática se presta a procedimientos de amplificación que son aprovechados en el principio del láser.

Luz no coherente. La superposición de dos o más ondas produce, generalmente, interferencias; las ondas se suman o se restan, produciendo con ello máximas o mínimas intensidades. Una luz con estas características se denomina una luz incoherente.

Datos y mediciones: Primeramente se observó la lámina, por lo que se detectaron 4 rendijas, 4 anchos, de 0.02 mm de 0.04 mm de 0.08 mm y de 0.16 mm estos datos no venían en la lámina fueron proporcionados por la maestra, se procedió a colocar la lámina en el porta objeto y se encendió el láser, tuvimos mucho cuidado de que el láser no tuviera contacto con nuestros ojos. Después se observaron que se formaban unas líneas, por lo que para hacer la comprobación de cuál es la rendija que tiene mayor disipación de las líneas se fue moviendo la lámina para determinar cuál era donde se veían las líneas más separadas. Y ya teniendo todos los datos y mediciones procedimos a utilizar la fórmula para sacar el valor de a.

 =  Donde λ= 632.8 nm Primeramente se determinó el valor de λ a metros y de ahí a milímetros. λ= 632.8 nm

1x10-9m

1000 mm = 6.328x10-4m

1nm

1m

Posteriormente se observó el láser que pasaba a través de la lámina con la rendija en la que se veían las líneas más separadas y se procedió a tomar notas.

x

L

L= 88 cm= 880 mm primera línea)  

x=2.3 cm= 23 mm

m=1 (porque se usó la



 =  −   = −  = . ° Determinamos “a”

 = 



 =  =

  ()(6. ) (.°)

= .  

  = .   ≈ .   Se concluyó que el valor de a es de 0.02 mm. Conclusiones. ¿Hay un mínimo o un máximo de intensidad? Se concluyó que efectivamente la rendija más pequeña, en este caso de 0.02 mm se notaron más las líneas que estaban separadas

Concluya acerca de cómo cambiaron las características del patrón al modificar el ancho de la rendija. Al hacer más estrecha la rendija del patrón ¿se acercó o se alejó del centro? Se concluye que a menor ancho de la rendija, mayor será la disipación de las líneas, se mostrarían patrones más difractados.

Explique este hecho utilizando la fórmula de posición de los mínimos de difracción en una rendija dada arriba.  = 



 =  =

  ()(6. ) (.°)

= .  

  = .   ≈ .  

Comente acerca del método utilizado para determinar el ancho de la rendija. Considera el método adecuado ¿Por qué resulta más fácil determinar así las dimensiones de objetos pequeños? Porque si utilizamos algún instrumento de medición, no saldría tan exacto a menos de que seamos expertos en medir los objetos pequeños.

Si en lugar de una sola rendija se situara en el haz del láser dos rendijas estrechas y muy cercanas, ¿cómo cree Ud. Sería el patrón que se observara? ¿Qué nuevo fenómeno tiene lugar en este caso? Yo creo que sería un patrón muy alejado del centro, un patrón muy abierto, o de alguna manera sería mucho más difícil determinarlo ya que con tan solo que muevas un poco el láser, ya se cambiaron las líneas, por lo que se debe de ser muy preciso.

Bibliografía https://www.fisic.ch/contenidos/ondas-y-la-luz/difracción-de-la-luz/ http://ocwus.us.es/fisioterapia/electroterapia/temario/TEMA_15/page_05.htm

Universidad Autónoma de Nuevo León Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Laboratorio de física IV Unidad temática II.- Óptica ondulatoria Reporte #7 Estudio de las redes de difracción. Profesora: Dra. Norma Flores Moreno Programa educativo: IMA Semestre Enero  Junio 2018 –

Fecha de Entrega: 02/05/2018 Brigada: 204 Hora: V1 y V2

PRÁCTICA #7 Estudio de las leyes de difracción. Objetivo de la práctica: Desarrollar habilidades de medición así como interpretar bien los resultados, qué es lo que significa, etc.

Desarrollo: Se debe analizar, ahora una rendija con un ancho determinado, ese ancho es el que necesitamos encontrar determinándolo con la misma fórmula de la práctica anterior pero comparándolo con el de una rendija de 80 lin/mm.

Hipótesis: Se harán diversas mediciones y se llegará a una conclusión de que la longitud de onda comparada con el de la primera rendija generará una frecuencia mayor debido a que el primero es de 80 lin/mm y el segundo se desconoce, pero se estimará ya con mediciones hechas. ¿Podría predecir si esta red tiene un periodo mayor o menor que la primera?

R= Se cree que la red tiene un periodo mayor que la primera por lo que tiene una mayor frecuencia. Introducción: En esta práctica se verán las redes de difracción pero ahora con rendijas que tienen entre 80 lin/mm hasta 300 lin/mm. Que con la primera parte se determinó la longitud de onda, y en la segunda se determinó las líneas sobre milímetro que hay en la rendija.

Marco teórico: En general la difracción ocurre cuando las ondas pasan a través de pequeñas aberturas, alrededor de obstáculos o por bordes afilados. Cuando un objeto opaco se encuentra entre la fuente puntual de luz y una pantalla, la frontera entre las regiones sombreadas e iluminada sobre la pantalla no está definida. Una inspección cuidadosa de la frontera muestra que una pequeña cantidad de luz se desvía hacia la región sombreada. La región fuera de la sombra contiene bandas alteradas brillantes y oscuras, donde la intensidad de la primera banda es más brillante que la región de iluminación uniforme. Las redes de difracción se basan en las interferencias constructivas que se producen cuando la luz atraviesa una sucesión de obstáculos lineales equiespaciados. Estas interferencias constructivas se producen a distintos ángulos respecto de la línea de incidencia del haz de luz, que dependerán fundamentalmente, para una misma red, de la longitud de onda difractada. Cada una de estas interferencias constructivas se denominará orden, y se numerarán

empezando por el orden cero, que no se desviará y siguiendo hacia ángulos mayores. Utilizando una red de difracción se conseguirá que longitudes de onda adyacentes tengan interferencias constructivas en distancias angulares próximas, de modo que al incidir un haz blanco se conseguirá una dispersión de la misma en todas las longitudes de onda del espectro.

Hipótesis de Bragg. La hipótesis de Bragg consiste en imaginar la difracción como una reflexión de los rayos X originada por "espejos" imaginarios formados por planos de átomos de la red cristalina (mostrados como líneas horizontales que pasan por los centros dispersores, es decir, por los átomos que se muestran como círculos azules en la imagen de la izquierda). Debido a la naturaleza repetitiva del cristal, estos planos estarían separados entre sí por distancias constantes  d.

Datos y mediciones: PARTE 1 En la primera parte se determinaron varias incógnitas, x, L, d y el ángulo, todo esto para determinar λ con ayuda del láser y con la red que se nos proporcionó, determinamos distancia que había entre puntos y así obtuvimos x. L la obtuvimos al mover el portaobjetos, el ángulo lo obtuvimos con la fórmula de la tangente y d es 1/#lin/mm. Se realizaron las mediciones correspondientes y los cálculos para obtener la λ con la fórmula

 = 

x

L Con x= 4.3 cm L=88 cm y m=1 se procedió a obt ener λ  

 .

 =  −   = −   = .° 

 =  = .    = 

=

  

=

  .5((.°) = 

. −

PARTE 2 En esta parte se realizaron mediciones y cálculos para determinar ahora el ancho de la rendija, o sea las líneas sobre milímetro que tiene esa rendija. Utilizando la misma fórmula se determinó d=?

x

L Con x= 5.5 cm L=88 cm y m=1 se procedió a obt ener λ  

 5.5

 =  −   = −   = . °  = . −  (   ó)  =  



 =   = 

()(6.6) (.5°)

= . −



 = . = .   ≈   Conclusiones. Concluya acerca de las características de los patrones producidos por las redes de difracción. En el primero, se observó que estaban dispersos, o sea no muy juntos pero en la segunda parte sí, se notó más diferencia entre los puntos.

¿Cuál será la principal utilización de estas redes? ¿Para qué le sirvió en esta práctica concreta? ¿Por qué se les llama a las redes instrumentos espectrales? Para disipar la luz de manera que no fuera sólo una línea, sino que fuera en puntos que estuviera a distancias determinadas. Se les llama así porque se usa para medir las propiedades de la luz sobre una porción específica del espectro electromagnético.

Realice una comparación de los patrones observados en ambos ejercicios y explique a qué se deben las diferencias basándose en la fórmula dada arriba de la posición de los máximos.

Hay una diferencia por la d, o sea por el número de líneas por milímetro que tiene esa red de difracción.

Explique por qué se fabrican cada vez redes con mayor número de rendijas por unidad de longitud. Porque disipan la luz mejor y como un espectro.

Explique cómo sería el patrón producido si la luz que incide en la red tuviera varias longitudes de onda. Estarían los puntos muy juntos.

Bibliografía https://www.orbitalesmoleculares.com/redes-de-difraccion/ http://www.xtal.iqfr.csic.es/Cristalografia/parte_05_5.html

Universidad Autónoma de Nuevo León Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Laboratorio de física IV Unidad temática II.- Óptica ondulatoria Reporte #8 Polarización. Profesora: Dra. Norma Flores Moreno Programa educativo: IMA Semestre Enero  Junio 2018 –

Fecha de Entrega: 02/05/2018 Brigada: 204 Hora: V1 y V2

PRÁCTICA #8 Polarización Objetivo de la práctica: Conocer acerca de la polarización, donde la podemos encontrar, etc.

Desarrollo: Se debe analizar como la intensidad de la luz va cambiando a medida que movemos 2 polaroids en un sistema a que se creó con un sensor y un instrumento de medición adecuado.

Hipótesis: Se cree que a medida de que vayamos a estar girando el polaroid, se irá incrementando o disminuyendo la intensidad que recibe el instrumento de medición. Introducción: 





Polarización es la orientación determinada del vector intensidad del campo eléctrico en la onda electromagnética. Una onda está polarizada cuando el vector intensidad del campo eléctrico, en la onda, oscila con cierta orientación (en cierto orden). De acuerdo al orden que tenga se definen los estados de polarización.

Marco teórico: La polarización electromagnética es un fenómeno que puede producirse en las ondas electromagnéticas, como la luz, por el cual el campo eléctrico oscila sólo en un plano determinado, denominado plano de polarización. Este plano puede definirse por dos vectores, uno de ellos paralelo a la dirección de propagación de la onda y otro perpendicular a esa misma dirección el cual indica la dirección del campo eléctrico. En una onda electromagnética no polarizada, al igual que en cualquier otro tipo de onda transversal sin polarizar, el campo eléctrico oscila en todas las direcciones normales a la dirección de propagación de la onda. Las ondas longitudinales, como las ondas sonoras, no pueden ser polarizadas porque su oscilación se produce en la misma dirección que su propagación. Un polarizador lineal está formado por un material que únicamente permite el paso de luz cuyo campo eléctrico vibre paralelamente a una dirección determinada, conocida como eje de transmisión del polarizador. La ley de Malus1 expresa cuantitativamente la relación entre la intensidad I0 de la luz incidente, el ángulo θ que su plano de vibración forma con el eje de transmisión y la intensidad I de la luz transmitida:

 =     LEY DE MALUS

Por eso, si sobre un polarizador lineal se hace incidir luz linealmente polarizada, la intensidad de la radiación que lo atraviesa irá disminuyendo progresivamente a medida que el ángulo θ vaya aumentando. Obsérvese que la ecuac ión (1) predice la extinción de la luz que atraviesa el polarizador cuando θ = 90º

Datos y mediciones: Se experimentó con el circuito/instalación que estaba en el laboratorio, ya que se necesitaba una fuente de luz, los dos polaroids para compararlos, un sensor de luz y un equipo de medición, por lo que de manera que pasaba la luz por los polaroids, se iban girando y obtuvimos datos de la intensidad que pasaba por el sensor.

Se tabularon y se graficó.

° 0 10 20 40 100 140 150 190 230 260 300 320 360

() 2.87 2.52 2.47 3.07 3.43 3.37 3.33 2.63 2.80 3.41 3.44 3.39 2.85

3.5

3.3

3.1

     )      A     m2.9      (      I 2.7

2.5

2.3 0

40

80

120

160

200

°

240

280

320

360

Conclusiones. Mencione en donde se aplica la polarización de la luz en alguna ciencia. En la física en el estudio de los lentes.

Comente experiencias de algunos objetos donde existe la polarización. En la calculadora al pasar un polaroid, se hace más opaca la imagen hasta que ya no se ve nada, sólo oscuro.

Explique un caso típico de cómo comprobar que existe la polarización y que lo pueda comprobar sin un laboratorio experimental. Con unos lentes que estén polarizados, compararlos y comprobar que realmente esos lentes o lo que estés comparando están polarizados con la luz, ya que la polarización cuesta y mucho.

Investigue algunos ejemplos en los cuales la industria emplee polarización. Las aplicaciones tecnológicas de la polarización están sumamente extendidas. Quizás los ejemplos más comúnmente encontrados son las pantallas de cristal líquido (LCD), las gafas de sol de cristal polarizado y los filtros polarizadores utilizados en fotografía.

Bibliografía https://www.fisic.ch/contenidos/ondas-y-la-luz/polarización-de-la-luz/ https://previa.uclm.es/profesorado/ajbarbero/CursoAB2007/Malus2003.pdf  http://tecklick.blogspot.mx/2012/11/aplicaciones-tecnologicas-de-la.html

Universidad Autónoma de Nuevo León Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Laboratorio de física IV Unidad temática II.- Óptica ondulatoria Reporte #9 Estudio de espectros atómicos. Profesora: Dra. Norma Flores Moreno Programa educativo: IMA Semestre Enero  Junio 2018 –

Fecha de Entrega: 02/05/2018 Brigada: 204 Hora: V1 y V2

PRÁCTICA #7 Estudio de las leyes de difracción. Objetivo de la práctica: Interpretar a la perfección los conceptos que se desarrollaron a lo largo del curso, usando la lámpara espectral.

Desarrollo: Consiste en analizar lo que pasa a través del lente y la red de difracción, esto combinando todos los conceptos que se vieron a lo largo del semestre.

Hipótesis: Se cree que el gas es un gas noble, por lo que se necesitan hacer los cálculos correspondientes. Introducción: En esta práctica se verán los fenómenos espectrales de la luz profundamente ya que en anteriores prácticas se vio pero solo una pequeña introducción de lo que serían los fenómenos espectrales, así que ahora se verán a fondo y algunos de sus usos.

Marco teórico: Espectro de la luz. (Del latín lux, lucis) a la radiación electromagnética que puede ser percibida por el ojo humano. En física, el término luz se usa en un sentido más amplio e incluye el rango entero de radiación conocido como el espectro electromagnético, mientras que la expresión luz visible denota la radiación en el espectro visible. Se denomina espectro visible a la región del espectro electromagnético que el ojo humano es capaz de percibir. A la radiación electromagnética en este rango de longitudes de onda se le llama luz visible o simplemente luz. No hay límites exactos en el espectro visible; un típico ojo humano responderá a longitudes de onda desde 400 a 700 nm aunque algunas personas pueden ser capaces de percibir longitudes de onda desde 380 a 780 nm. Cuando se hace pasar la luz a través de un prisma óptico se produce el efecto llamado dispersión que consiste en la separación de las distinta s longitudes de onda que forman el rayo incidente. La luz blanca produce al descomponerla lo que llamamos un espectro conti nuo, que contiene el conjunto de colores que corresponde a la gama de longitudes de onda que la integran. Sin embargo, los elementos químicos en estado gaseoso y sometid o a temperaturas elevadas producen espectros discontinuos en los que se aprecia un conjunto de líneas que corresponden a emisiones de sólo algunas longitudes de onda.

Datos y mediciones: Se realizó la práctica determinando cuál era el gas que estaba dentro de la lámpara espectral, al encenderla da una gama de colores las cuales el equipo realizo con ayuda de una hoja y un lápiz, las mediciones de esas luces, en el siguiente orden primero apareció la azul, después una luz verde y al final una luz roja. De cada una obtuvimos una longitud de onda diferente y comparada con la tabla que nos proporcionaron obtuvimos los siguientes datos utilizando la fórmula:

 = 

d=1/300lin/mm m=1 λ=? X violeta=1.9 cm Xverde=2.3 cm Xrojo=2.7 cm L=11.9 cm  

.

  =  −   =  − . = . °  

.

  = −   = − . = . °  

.

  = −   = − . = . ° 

 =  / Sustituyendo queda  = 

1   300 ((9.0714°)   = = = . −  1 1   300 ((10.9390°)   = = = . −  1 1   300 ((12.7834°)   = = = . −  1

Convirtiéndolo a Armstrong cada uno queda.   =  Å   =  Å   =  Å Color

X(cm)

Angulo ()

 = −

Longitud de onda ()

 

 =   /

Violeta

1.9

9.0714

5.255x 10-4

Verde

2.3

10.9390

6.325 x10-4

Rojo

2.7

12.7834

7.375 x10-4

 Al compararlo con la tabla que se nos proporcionó, concluimos que el gas, que no es noble, es de  mercurio.

Conclusiones. Concluya acerca de las características de los espectros observados. Son espectros difíciles de comprender y de analizar se necesita un equipo muy preciso para poder analizarlos, por lo que es bastante complicado determinar una característica. Todos tienen longitud de onda diferente, por eso se muestran separados.

¿Qué sería necesario hacer para identificar el elemento químico presente en las lámparas que iluminan el laboratorio? ¿Qué elemento químico está presente en estas lámparas?  Analizar el espectro de esa luz para así poder determinar qué es lo que tiene dentro, por lo general las lámparas que se utilizan en la escuela son de mercurio, porque el fabricante mismo lo dice.

Identifique las diferencias entre los espectros de las lámparas y el espectro observado en el ejercicio complementario. En las lámparas utilizadas en su casa ¿qué tipo de espectro puede tener? ¿Porque? Las diferencias son que en las lámparas la luz que se obtiene es blanca mientras que en la otra es un poco más tenue debido al material por el que se le hace pasar. En las lámparas de casa al ser focos ahorradores es posible que la sustancia en su interior sea Argón o Kriptón e inclusive vapor de Mercurio porque son los que se usan para dar la luz blanca de estos focos.

¿Qué lámpara cree que sea más eficiente desde el punto de vista del aprovechamiento de la energía eléctrica? ¿Por qué? Las lámparas que usan algún gas para iluminar ya que su eficiencia es mayor debido a que la mayor parte de la energía eléctrica consumida se convierte en luz, y por el contrario en las bombillas incandescentes una gran parte de la energía se convierte en calor y solo una parte en luz visible, por eso es mejor utilizar la que tiene algún gas, ya que convierte la energía eléctrica en luz y no en calor.

Bibliografía https://www.ecured.cu/Espectro_de_la_luz https://www.espectrometria.com/espectrmetros