Física II Biociencias y Geociencias (Curso 2006)

Física II - Biociencias y Geociencias (Curso 2007)
Pràctico 10 – FÍSICA MODERNA
10.1 En condiciones ideales, el ojo humano normalmente presenta su sensación visual a 550
nm. Suponiendo que los fotones incidentes sobre la córnea se absorben a una tasa
proporcional a 100 fotones por segundo, ¿cuál es la potencia correspondiente?
10.2 Se ilumina una superficie de potasio con luz ultravioleta de longitud de onda 2500Å. La
función de trabajo del potasio vale 2,21 eV.
a) ¿Cuál es la máxima energía cinética de los electrones emitidos?
b) Suponiendo que la luz ultravioleta tiene una intensidad 2 W/m2, calcule el
número de electrones emitidos por unidad de área y por unidad de tiempo.
10.3 Un estudiante que analiza el efecto fotoeléctrico a partir de dos metales diferentes
registra la siguiente información: i) el potencial de frenado para los fotoelectrones
liberados en el material I es 1,48 eV mayor que para el metal II, y ii) la frecuencia de
corte para el metal I es 40 % más pequeña que para el metal II. Determine la función
trabajo para cada material.
10.4 El emisor de un tubo fotoeléctrico tiene una longitud de onda umbral de 6000 Å. Calcular
la longitud de onda de la luz incidente si el potencial de frenado para esta luz es de 2,5V.
10.5 Fotones de 450 nm de longitud de onda inciden sobre un metal. Los electrones más
energéticos expulsados del metal se desvían en un arco circular de 20 cm de radio por
medio de un campo magnético de 2 x 10-5 T. Determine la función de trabajo del metal.
10.6 El potencial de frenado para fotoelectrones emitidos desde una superficie iluminada con
luz de λ = 491 nm es 0,71V. Cuando se cambia la longitud de onda incidente, se
encuentra que el potencial de frenado es 1,43V. Determine dicha longitud de onda.
10.7 La energía de un átomo de hidrógeno es En = -13,6/n2 eV, donde n es un número entero
que identifica el nivel de energía.
a) ¿Qué energía del fotón se necesita para excitar el electrón del hidrógeno desde el
estado base (n=1) hasta el nivel n=2?
b) ¿Cuál es la mayor frecuencia de fotón que puede emitir el átomo de hidrógeno?
c) ¿Qué podemos decir de la menor frecuencia de fotón que puede emitir el átomo de
hidrógeno?
10.8 Un electrón de un átomo cuyos niveles de energía están dados por la ecuación
En = -7,8/n2 KeV (para n entero), pasa del estado n=2 al estado n=1 sin emitir ningún
fotón. En lugar de eso, el exceso de energía se transfiere a un electrón del estado n=4, el
cual es expulsado del átomo (este proceso se llama Auger). Calcule la energía cinética
de dicho electrón.
10.9 Calcule la longitud de onda de De Broglie para un núcleo de átomo de hidrógeno de 1Å
de diámetro y para un automóvil de 1 tonelada de masa y 2m de longitud, si ambos se
mueven a 80 km/h. En base a estos resultados, explique porque la naturaleza ondulatoria
de la materia no es evidente a escala macroscópica.
10.10 Calcular el potencial bajo el cual debe acelerarse un electrón de forma que éste adquiera
una longitud de onda de De Broglie de 1Å.
Ejercicios de parciales y exámenes:
Segundo parcial 2007. El espectro de luz para cierto átomo muestra las longitudes de onda de los fotones emitidos en
todas las transiciones posibles de un electrón entre cuatro niveles energéticos n=1, n=2, n=3 y n=4. Si las longitudes de
onda para las transiciones entre los estados n=4 al n=1, n=3 al n=1 y n=4 al n=2 son respectivamente 83 nm, 104 nm y
155 nm, ¿cuáles son las otras tres longitudes de onda del espectro?
a) 134 nm, 176 nm y 238 nm
b) 187 nm, 238 nm y 259 nm
c) 179 nm, 249 nm y 411 nm
d) 72 nm, 187 nm y 533 nm
e) 113 nm, 249 nm y 316 nm
Examen marzo 2008. Sobre un disco de cobre de 5 cm de radio se hace incidir perpendicularmente un haz de luz
ultravioleta de 200 nm de longitud de onda con intensidad I = 50 W/m2 durante medio segundo. Si la función trabajo del
cobre es Φ = 4,70 eV, ¿qué carga aparecerá en el disco debido al efecto fotoeléctrico?
a) Q = -31,6 x 10-3 C
b) Q = 31,6 x 10-3 C
c) Q = -7,9 x 102 C
d) Q = 7,9 x 102 C
e) no aparece carga porque la energía de los fotones es inferior a Φ
Examen agosto 2008. Se hacen incidir electrones con velocidad constante, perpendicularmente a una placa con dos
rendijas separadas por una distancia de 0,1 mm. En una pantalla ubicada a 1 m de la placa se observa un diagrama de
interferencia, en el cual el máximo de primer orden se ubica a 1mm de distancia del máximo central. ¿Cuál es la
velocidad de los electrones?
a) 3,5 km/s
b) 29,2 km/s
c) 1,9 km/s
d) 14,6 km/s
e) 7,3 km/s