UNIDAD 6:
FÍSICA Y TECNOLOGÍA CONTEMPORÁNEAS
SESION 31
6.1 Crisis de la física clásica y origen de la física
cuántica.
Radiación del cuerpo negro y la hipótesis cuántica.
DESARROLLO DEL
PROCESO
FASE DE APERTURA
- El
Profesor hace su presentación de las
preguntas:
Preguntas
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¿En qué consiste la crisis de la
Física Clásica?
|
¿Cuál es el origen de la
Física Moderna?
|
¿Qué experimentos participan en el
origen de la Física moderna?
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¿Cuál es el ´principio de la
radiación del cuerpo negro?
|
¿Qué dicen la Ley de Stephan-Boltzman y Ley de
Wien?
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¿En que radica la hipótesis
cuántica?
|
Equipo
|
5
|
1
|
3
|
6
|
4
|
2
|
Respuesta
|
Consiste en la imposibilidad de
detectar un sistema de referencia en reposo absoluto y, también, en problemas
relacionados con la emisión y absorción de ondas electromagnéticas. Esto
exigió un cambio profundo en estas concepciones clásicas.
|
La física
moderna comienza a principios del siglo
XX, cuando el alemán Max Planck investiga
sobre el “cuanto”
de energía. Planck decía que eran partículas de energía indivisibles, y que
éstas no eran continuas como decía la física
clásica. Por
ello nace esta nueva rama de la física, que estudia las manifestaciones que
se producen en los átomos, los comportamientos de las partículas que forman
la materia y las fuerzas que las rigen. Se conoce, generalmente, por estudiar
los fenómenos que se producen a la velocidad de la luz o valores cercanos a
ella, o cuyas escalas espaciales son del orden del tamaño del átomo o
inferiores.
|
Estructura atómica.
Teoría cuántica.
Efecto fotoeléctrico.
Modelo del átomo de Bohr.
Radioactividad.
Relatividad.
|
Ley de
Stefan-Boltzmann: La energía total radiada por un cuerpo negro por
unidad de superficie y por unidad de tiempo (intensidad) es proporcional a la
cuarta potencia de su temperatura absoluta.
Itotal = s T4
Donde s es
la constante de Stefan-Boltzmann y vale 5,67 10-8 W/m2K4.
La ley de
Wien nos dice cómo cambia el color de la radiación cuando varía la
temperatura de la fuente emisora, y ayuda a entender cómo varían los colores
aparentes de los cuerpos negros.
*Los objetos
con una mayor temperatura emiten la mayoría de su radiación en longitudes de
onda más cortas; por lo tanto parecerán ser más azules .
*Los objetos
con menor temperatura emiten la mayoría de su radiación en longitudes de onda
más largas; por lo tanto parecerán ser más rojos .Además, en cualquiera de
las longitudes de onda, el objeto más caliente irradia más (es más luminoso)
que el de menor temperatura.
lmax T = 2,9 10-3 m K
|
Que La energía de una radiación
como la luz no se propaga de manera continu
|
FASE DE DESARROLLO
Los alumnos desarrollan las actividades de
acuerdo a las indicaciones del Profesor:
Solicitar el material requerido para realizar las
actividades siguientes:
-
A Medir
durante tres minutos, la temperatura del hueco de una piedra volcánica,
expuesta a la radiación solar.
-
B El
Profesor solicita que calienten el hueco de la piedra volcánica con la
ayuda de una lupa- coincidir el foco de la radiación solar al centro del
hueco de la piedra volcánica
-
C
Envolver con el papel blanco el bulbo del termómetro y colocarlo al sol
durante tres minutos, medir la temperatura inicial y final,
-
D
repetir ahora con el papel negro.
-
Registrar
las temperaturas obtenidas en los seis casos.
OBSERVACIONES:
-
Cada
alumno al terminar lo asignado, con los resultados obtenidos los tabula y
grafica.
-
El
Profesor solicita a cada equipo que de acuerdo al análisis de los resultados,
elaboren sus conclusiones.
Al darle calor al hueco con la lupa, aumento su
energía y por lo tanto la temperatura final fue mayor.
El método permitirá a los alumnos, tener un
panorama del tema de cuerpo negro.
FASE DE CIERRE
Al final de las presentaciones,
se lleva a cabo una discusión extensa, en la clase, de lo que se
aprendió y aclaración de dudas por parte del
Profesor.
|
SESION 32
6.2 Cuantización de
la energía y efecto fotoeléctrico.
6.3 Espectros de
emisión y absorción de gases.
DESARROLLO DEL
PROCESO
FASE DE APERTURA
-
El Profesor hace la presentación de las preguntas:
Preguntas
|
¿En qué consiste la cuantización de
la energía?
|
¿En qué consiste el efecto
fotoeléctrico?
|
¿Cuáles son las aplicaciones del
efecto fotoeléctrico?
|
¿Qué son los espectros de emisión?
|
¿Qué son los espectros de
absorción?
|
¿Cuáles son las aplicaciones de los
espectros de emisión y absorción?
|
Equipo
|
1
|
4
|
6
|
2
|
5
|
3
|
Respuesta
|
Planck postuló en 1900 que la energía absorbida o emitida por la
materia no es continua (no se puede absorber o emitir cualquier cantidad de
energía), sino que se transfiere en unidades elementales de energía, cuantos
de energía o fotones. La energía de un fotón es , donde es la constante de Planck (6,62 10-34 Js)
y es la frecuencia de la energía radiante
absorbida o emitida.
|
Consiste en la emisión de
electrones por un material al incidir sobre él una radiación
electromagnética. A veces se incluyen en el término otros tipos de
interacción entre la luz y la materia. Fotoconductividad. Es el aumento de la
conductividad eléctrica de la materia o en diodos provocado por la luz.
|
Gracias al efecto fotoeléctrico se volvió posible
el cine hablado, así como la transmisión de imágenes animadas (televisión).
El empleo de aparatos fotoeléctricos permitió construir maquinarias capaces
de producir piezas sin intervención alguna del hombre. Los aparatos cuyo
funcionamiento se asienta en el aprovechamiento del efecto fotoeléctrico,
controlan el tamaño de las piezas mejor de lo que podría hacerlo cualquier
operario, permitiendo encender y apagar automáticamente la iluminación de
calles, faroles, etc.
Todo esto se volvió posible debido a la invención
de aparatos especiales llamados Células Fotoeléctricas, donde la energía de
la luz, controla la energía de la corriente eléctrica o se transforma en
corriente eléctrica.
|
Es un conjunto de frecuencias de
las ondas electromagnéticas emitidas por átomos de es elemento, en estado
gaseoso, cuando se le comunique energía.
El espectro de emisión de cada
elemento es único y puede ser usado para determinar si ese elemento es parte
de un compuesto desconocido.
|
El espectro de absorción de
un material muestra la fracción de la radiación
electromagnética incidente que un material absorbe dentro de
un rango de frecuencias. Es, en cierto
sentido, el opuesto de un espectro de emisión. Cada elemento químico posee
líneas de absorción en algunas longitudes de onda, hecho que está
asociado a las diferencias de energía de sus
distintos orbitales atómicos.
|
1.- Identificar moléculas, iones, o elementos en
un compuesto o solución dado, pues cada molécula, ion o elemento tiene un
espectro de emisión y otro de absorción únicos
2.- Determinar la concentración de moléculas,
iones o elementos en una solución,
En química puedes determinar sustancias en
mezclas, así como resultados de experimentos, para ver la calidad de pureza de
alguna sustancia recién sintetizada, ya que comparas el espectro de la
sustancia que hiciste con el espectro de la sustancia pura, y los picos que
te sobren son impurezas.
En medicina te sirve para determinar concentraciones de sustancias químicas en sangre u orina para legar a un diagnóstico, como colesterol, triglicéridos, etc. En astronomía sirve para ver la composición química de las estrellas, analizando la luz que emiten. |
-
Los
alumnos en equipo, discuten y escriben sus respuestas en el cuadro, utilizando
el procesador de palabras:
-
Se
realiza una discusión en el grupo, mediada por el Profesor para consensar las
respuestas.
FASE DE DESARROLLO
Los
alumnos desarrollan las actividades de acuerdo a las indicaciones del Profesor
-
Solicitar
el material requerido para realizar las actividades siguientes:
-
Colocar
cada uno de los tubos de descarga en la fuente de poder.
-
Conectar
la fuente de poder a la corriente eléctrica y oprimir el botón de encendido de
la misma.
-
Observar
el color generado por cada uno de los tubos de descarga y completa la tabla de
observaciones.
-
Observar
con el espectroscopio la luz solar y escribir los colores detectados.
Elemento
en el tubo de descarga
Nombre
y símbolo
|
Numero
de electrones
|
Modelo
Atómico
Según
Bohr
|
Color
emitido al aplicar energía con la fuente de poder
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Colores de la luz solar
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1 Agua (H2O)
|
8e
|
Rosa
tenue
|
||
2 Oxigeno
|
8 e
|
Rosa
|
||
3 Argón (Ar)
|
18 e
|
Rojo
|
||
4: NEON (Ne)
|
10 e
|
10 P
10 N
|
ROJO
|
|
5: Helio (He)
|
2 e-
|
Naranja
|
||
6 Hidrogeno
(H)
|
1e-
|
1p+
1n
|
Rosa
|
Trasparente
|
El Profesor solicita a cada
equipo que de acuerdo a los resultados obtenidos, comparen los colores
emitidos por el Sol y vistos con el espectroscopio
Los alumnos discuten y obtiene
conclusiones.
FASE DE CIERRE
Al final de las
presentaciones, se lleva a cabo una discusión extensa, en la clase, de
lo que se aprendió y aclaración de dudas por parte del
Profesor.
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