1 Materiales para el Espacio: I. Fundamentos Ejercicios Ejercicio 1

Máster en Ciencia y Tecnología Espacial Curso 2012-2013
Materiales para el Espacio: I. Fundamentos
Ejercicios
Ejercicio 1. Radiación del cuerpo negro.
¿Cuál es la aportación de la descripción de este fenómeno a la física cuántica?
Ejercicio 2. Leer la descripción del Efecto
Fotoeléctrico en el siguiente Link.
a) Definir la función trabajo (energía de
arranque), el potencial de frenado y la frecuencia
de corte.
b) Escribir una ecuación que relacione la función
trabajo y la energía cinética máxima con la que
el electrón llega a la placa c.
c) Relacionar la energía cinética máxima con la
que el electrón llega a la placa c con el potencial
de frenado.
d) Con la expresión que se obtiene explicar por
qué el potencial de frenado crece linealmente
con la frecuencia de la luz incidente y que distintos materiales, aunque la frecuencia de
corte sea diferente, tendrán siempre la misma pendiente en una gráfica que muestra el
potencial de frenado en función de la frecuencia, ¿cuál es el significado del valor de la
pendiente?, ¿qué otro dato se puede obtener de este experimento?
Ejercicio 3. Comprobación de la función de onda del primer estado excitado de un
oscilador armónico.
Ejercicio 4. Demostrar que la expresión de Einstein del calor específico a bajas
temperaturas tiende a 0 y que a altas temperaturas se aproxima al calor específico
predicho por Dulong-Petit.
Ejercicio 5. Leer los dos Capítulos del Callister adjuntos (Propiedades eléctricas,
Propiedades Térmicas), están en inglés, pero podéis encontrar el libro en castellano en
la biblioteca.
Si según sus propiedades dividimos los materiales en metales y no metales
a) ¿Qué fenómeno predomina en la conducción eléctrica?
b) ¿Qué fenómeno predomina en el calor específico?
c) ¿Qué fenómeno predomina en la conducción térmica?
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Ejercicio 7. Las líneas roja y negra
representan la distancia interatómica de
equlibrio de dos materiales diferentes.
Si la energía de Fermi de ambos es la
misma (línea verde horizontal), ¿qué
tipo de material es cada uno? Razonar la
respuesta.
Energía
Ejercicio 6. Explicar la siguiente figura.
¿Qué relación tiene con el calor
específico, la conductividad térmica y
la conductividad eléctrica?
EF
Distancia Interatómica
Ejercicio 8. a) ¿Qué diferencias hay
entre los resultados de los modelos del
calor específico de Debye y de Dulong
y Petit?
b)¿Cuál es la razón para que los
resultados sean tan diferentes?
c)¿Por qué el modelo de Debye del
calor específico no concuerda con los
datos experimentales a muy bajas
temperaturas?
Ejercicio 9. En los materiales no conductores, ¿cuál es el recorrido libre medio a bajas
temperaturas? ¿Por qué? Dibuja la curva de conductividad térmica indicando qué
efectos tienen mayor importancia para cada temperatura.
2
Ejercicio 10. Explica por qué es importante tener en cuenta los efectos no armónicos a
la hora de estudiar la expansión térmica.
Ejercicio 11. Explicar el significado de la ecuación en los siguientes conceptos.
h
(1  cos  )
mc
h
b) Longitud de onda de De Broglie:  
p
a) Efecto Compton:    0 
c) Princio de incertidumbre de Heisenberg:
d) Función de onda: 
xp
E t 
d 2  ( x)
 U ( x)  ( x)  E  ( x)
2m dx 2
2
e) Función de distribución de energía: f ( E ) 
f) Energía de Fermi: EF 
 2N
 3

2m 
V
2
1
g) Regla de Matthiessen:
l

1
Ae
E / kT
1
23
1
defecto

1
frontera

1
fonon
h) Fonones. Relación de dispersión (Rama acústica):  
3
4 ka
 v0 k
M 2