FÍSICA MODERNA CÓDIGO: 299003 Tarea 2 UNIDAD 2: Ondas de luz que se comportan como partículas y partículas que se comportan como ondas (Parte I) Presentado a: MAURY LIZETH HERRERA Tutora Entregado por: Nombres y Apellidos (Estudiante Código: XXXXX Nombres y Apellidos (Estudiante Código: XXXXX Maria Alejandra Atencia Código: 1099993173 Nombres y Apellidos (Estudiante Código: XXXXX Nombres y Apellidos (Estudiante Código: XXXXX No 1) No 2) No 4) No 5) Grupo: 299003_57 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA - UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS TECNOLOGÍA E INGENIERÍA FECHA CIUDAD INTRODUCCIÓN En la introducción, el grupo redacta en tercera persona y con sus propias palabras la importancia que tiene la realización del trabajo colaborativo; en caso de que utilicen fuentes externas, deben citarlas e incluirlas en la lista de referencias bibliográficas. NOTA: Es necesario que borre el presente párrafo en el momento en que el grupo defina el contenido de la introducción que incluirá en el trabajo. Unidad 1 “Ondas de luz que se comportan como partículas y partículas que se comportan como ondas (Parte I)” Desarrollo de los ejercicios individuales y colaborativos: ______________________________________________ Nombre del estudiante No 3: Maria Alejandra Atencia Ejercicio individual 1. Temática (2.1) “Luz absorbida como fotones: El efecto fotoeléctrico” (Estudiante No 3) Cierto material tiene una frecuencia de corte de 𝑑1 Hz, para este material: a) Calcule la función de trabajo del material. b) Si sobre el material se hace incidir luz de 𝑑2 Hz, explique matemáticamente si existe o no desprendimiento de electrones. Si la respuesta es positiva calcule la energía cinética de los electrones desprendidos. c) Si en el punto b) existió el efecto fotoeléctrico calcule la velocidad de los electrones desprendidos. Exprese la energía cinética en eV y J. Valores asignados al ejercicio individual 1 (Estudiante 3) Presente en los tres espacios inferiores, las temáticas, definiciones y/o conceptos, con su respectiva definición utilizados en el desarrollo del ejercicio. Dato No 𝒅𝟏 = 𝒅𝟐 = 𝒅𝟑 = 𝒅𝟒 = 𝒅𝟓 = Valor 3,07,E+15 3,72,E+15 Unidad La función de trabajo el material es mínima energía para Dado que nos proporcionan el valor de la frecuencia de corte, usamos la siguiente formula: 𝒇𝒄 = 𝝓 𝒉 Dado que la frecuencia de Para hallar la energía cinética de los electrones corte (3,07 × 1015 ) del desprendidos utilizamos material es menor a la frecuencia incidente 𝑘𝑚𝑎𝑥 = ℎ𝑓 − 𝜙 (3,72 × 1015 ) de la luz, sus cuantos tienen la energía suficiente para genera un desprendimiento de los electrones del material. Solución del ejercicio individual 1. Temática (2.1) “Luz absorbida como fotones: El efecto fotoeléctrico” (Estudiante No 3) A. Para calcular la función de trabajo de material se utiliza la fórmula: 𝝓 𝒇𝒄 = 𝒉 Despejando obtenemos: 𝝓 = 𝒇𝒄 ∗ 𝒉 𝝓 = 𝟒. 𝟏𝟑𝟔𝒙𝟏𝟎−𝟏𝟓 𝒆𝑽. 𝒔 ∗ 𝟑. 𝟎𝟕𝒙𝟏𝟎𝟏𝟓 𝟏⁄𝒔 𝝓 = 𝟏𝟐. 𝟕 𝒆𝑽 B. Si existe desprendimiento de electrones ya que se cumple lo siguiente: 𝒇𝒊𝒏𝒄𝒊𝒅𝒆𝒏𝒕𝒆 = 𝟑. 𝟕𝟐 𝒙𝟏𝟎𝟏𝟓 𝑯𝒛 > 𝒇𝒄𝒐𝒓𝒕𝒆 = 𝟑. 𝟎𝟕 𝒙𝟏𝟎𝟏𝟓 𝑯𝒛 Para hallar la energía cinética de los electrones desprendidos utilizamos 𝒌𝒎𝒂𝒙 = 𝒉𝒇 − 𝝓 Para expresar la energía cinética en J 𝑲𝒎𝒂𝒙 = (𝟔. 𝟔𝟐𝟔𝒙𝟏𝟎−𝟑𝟒 𝑱. 𝒔)(𝟑. 𝟕𝟐𝒙𝟏𝟎𝟏𝟓 𝟏⁄𝒔) − 𝟏𝟐. 𝟕𝒆𝑽 ∗ 𝟏. 𝟔𝟎𝟐𝒙𝟏𝟎−𝟏𝟗 𝑱 𝟏𝒆𝑽 𝑲𝒎𝒂𝒙 = (𝟔. 𝟔𝟐𝟔𝒙𝟏𝟎−𝟑𝟒 𝑱. 𝒔)(𝟑. 𝟕𝟐𝒙𝟏𝟎𝟏𝟓 𝟏⁄𝒔) − 𝟐. 𝟎𝟑𝟒𝟓𝟒𝒙𝟏𝟎−𝟏𝟖 𝑱 𝑲𝒎𝒂𝒙 = 𝟒. 𝟑𝟎𝟑𝒙𝟏𝟎−𝟏𝟗 𝑱 Para expresar la energía cinética en eV 𝑲𝒎𝒂𝒙 = (𝟔. 𝟔𝟐𝟔𝒙𝟏𝟎−𝟑𝟒 𝑱. 𝒔) ∗ 𝟏𝒆𝑽 (𝟑. 𝟕𝟐𝒙𝟏𝟎𝟏𝟓 𝟏⁄𝒔) − 𝟏𝟐. 𝟕𝒆𝑽 𝟏. 𝟔𝟎𝟐𝒙𝟏𝟎−𝟏𝟗 𝑱 𝑲𝒎𝒂𝒙 = 𝟐. 𝟔𝟓 𝒆𝑽 C. Para hallar la velocidad utilizamos la formula Kmax y despejamos en función de la velocidad 𝑲𝒎𝒂𝒙 = 𝟏 ∗ 𝒎𝒆 ∗ 𝑽𝒎𝒂𝒙 𝟐 𝟐 𝟐(𝑲𝒎𝒂𝒙) 𝑽𝒎𝒂𝒙 = √ 𝒎𝒆 𝟐(𝟒. 𝟑𝟎𝟑𝒙𝟏𝟎−𝟏𝟗 𝑱) 𝑽𝒎𝒂𝒙 = √ 𝟗. 𝟏𝟏𝒙𝟏𝟎−𝟑𝟏 𝒌𝒈 𝑽𝒎𝒂𝒙 = 𝟗𝒙𝟏𝟎−𝟓 𝒎⁄𝒔 Pregunta A. B. Respuesta Presente en el espacio inferior un breve análisis de los resultados obtenidos en el ejercicio individual 1. Temática (2.1) “Luz absorbida como fotones: El efecto fotoeléctrico” (Estudiante No 3) 𝝓 = 𝟏𝟐. 𝟕 𝒆𝑽 𝑲𝒎𝒂𝒙 = 𝟒. 𝟑𝟎𝟑𝒙𝟏𝟎−𝟏𝟗 𝑱 C. 𝑲𝒎𝒂𝒙 = 𝟐. 𝟔𝟓 𝒆𝑽 D. E. 𝑽𝒎𝒂𝒙 = 𝟗𝒙𝟏𝟎−𝟓 𝒎⁄𝒔 Ejercicio individual 2. Temática (2.2) “Luz emitida como fotones: Producción de rayos x” (Estudiante No 3) La radiografía industrial es un ensayo no destructivo en el cual se utilizan fotones de alta energía (rayos X o gamma), los cuales atraviesan el material y generan una imagen del mismo para observar posibles fallas o discontinuidades internas de la pieza analizada. Esta clase de radiografía se utiliza a menudo es la inspección de tuberías petroleras para evitar derramamientos. Si para producir los fotones de alta energía se utiliza una diferencia de potencial de 𝑑1 kV ¿cuál es la longitud de onda mínima de los rayos X resultantes? Exprese los resultados en nm. Valores asignados al ejercicio individual 2 (Estudiante 3) Dato No 𝒅𝟏 = 𝒅𝟐 = 𝒅𝟑 = 𝒅𝟒 = 𝒅𝟓 = Valor 170 Unidad Presente en los tres espacios inferiores, las temáticas, definiciones y/o conceptos, con su respectiva definición utilizados en el desarrollo del ejercicio. Para la solución del ejercicio correspondiente aplicaremos la formula 𝒉𝒄 𝝀𝒎𝒊𝒏 = 𝒆𝑽𝑨𝑪 Aplicamos la fórmula: 𝝀𝒎𝒊𝒏 = 𝒉𝒄 𝒆𝑽𝑨𝑪 Convertir de KV a V 𝟏𝟕𝟎𝑲𝑽 ∗ 𝟏𝟎𝟎𝟎𝑽 = 𝟏𝟕𝟎𝒙𝟏𝟎𝟑 𝑽 𝟏𝑲𝑽 Reemplazamos valores en la ecuación 𝝀𝒎𝒊𝒏 = (𝟔. 𝟔𝟐𝟔𝒙𝟏𝟎−𝟑𝟒 𝑱. 𝑺)(𝟑. 𝟎𝟎𝒙𝟏𝟎𝟖 𝒎⁄𝒔) (𝟏. 𝟔𝟎𝟐𝒙𝟏𝟎−𝟏𝟗 𝑪)(𝟏𝟕𝟎𝒙𝟏𝟎𝟑 𝑽) 𝝀𝒎𝒊𝒏 = 𝟏. 𝟗𝟕𝟖𝒙𝟏𝟎−𝟐𝟓 𝑱 𝒎 𝟐. 𝟕𝟐𝟑𝟒𝒙𝟏𝟎−𝟏𝟒 𝑱. 𝝀𝒎𝒊𝒏 = 𝟕. 𝟐𝟔𝒙𝟏𝟎−𝟏𝟐 𝒎 Convertimos a nm 𝝀𝒎𝒊𝒏 = 𝟕. 𝟐𝟔𝒙𝟏𝟎−𝟏𝟐 𝒎 ∗ 𝟏𝒙𝟏𝟎𝟗 𝒏𝒎 𝟏𝒎 𝝀𝒎𝒊𝒏 = 𝟕. 𝟐𝟔𝒙𝟏𝟎−𝟑 𝒏𝒎 Pregunta A. Respuesta 𝟕. 𝟐𝟔𝒙𝟏𝟎−𝟑 𝒏𝒎 Presente en el espacio inferior un breve análisis de los resultados obtenidos en el ejercicio individual 2: Temática (2.2) “Luz emitida como fotones: Producción de rayos x” (Estudiante No 3) Podemos notar que la longitud de onda y energía de fotón son inversamente proporcional B. C. D. E. Ejercicio individual 3: Temática (2.3) “Luz dispersada en forma de fotones: Dispersión Compton y producción de pares” (Estudiante No 3) Un haz de rayos X de 1.73𝑥1020 Hz de frecuencia experimenta una dispersión Compton de cierta muestra. ¿Cuál es la longitud de onda de los rayos dispersados a un ángulo de 179 grados? Exprese el resultado en nm Valores asignados al ejercicio individual 3 (Estudiante 3) Dato No 𝒅𝟏 = 𝒅𝟐 = 𝒅𝟑 = 𝒅𝟒 = 𝒅𝟓 = Valor 1,73,E+20 179 Unidad Presente en los tres espacios inferiores, las temáticas, definiciones y/o conceptos, con su respectiva definición utilizados en el desarrollo del ejercicio. Para realizar la solución del ejercicio correspondiente aplicaremos la siguiente formula ℎ (1 𝑚𝑐 − 𝑐𝑜𝑠𝜙) ∆𝜆 = 𝜆′ − 𝜆0 = Solución del ejercicio individual 3: Temática (2.3) “Luz dispersada en forma de fotones: Dispersión Compton y producción de pares” (Estudiante No 3) 𝑓 = 1.73𝑥1020 𝐻𝑧 ∅ = 179 ℎ 6.63𝑥10−34 𝑗𝑠 (1 − 𝑐𝑜𝑠𝜙) = ∆𝜆 = 𝜆 − 𝜆0 = ∗ (1 − 𝑐𝑜𝑠179) → ∆𝜆 = 0.00485𝑛𝑚 𝑚𝑐 9.11𝑥10−31 𝑘𝑔 ∗ 3𝑥108 𝑚⁄𝑠 ′ Para hallar 𝜆0 usamos la siguiente ecuación. 𝑐 𝑐 3𝑥108 𝑚⁄𝑠 20 𝑓= = 1.73𝑥10 𝐻𝑧 → 𝜆0 = = → 𝜆0 = 0.00173𝑛𝑚 𝜆0 𝑓 1.73𝑥1020 𝐻𝑧 Despejamos 𝜆′ de la anterior ecuación 𝜆′ − 𝜆0 = 0.00485𝑛𝑚 → 𝜆′ = 0.00485𝑛𝑚 + 0.00173𝑛𝑚 → 𝜆′ = 0.00658𝑛𝑚 Pregunta Respuesta Presente en el espacio inferior un breve análisis de los resultados obtenidos en el ejercicio individual 3: Temática (2.3) “Luz dispersada en forma de fotones: Dispersión Compton y producción de pares” (Estudiante No 3) A. B. C. D. E. 0.00658𝑛𝑚 Podemos deducir que la onda de dispersión va ser mayor que la onda incidente. ______________________________________________ Nombre del estudiante No 4: Escriba aquí el nombre del estudiante No 4 Coloque aquí la copia de pantalla (Pantallazo) de los valores generados para el desarrollo de los tres ejercicios individuales asignados al estudiante No 4: Ejercicio individual 1. Temática (2.1) “Luz absorbida como fotones: El efecto fotoeléctrico” (Estudiante No 4) Escriba aquí el enunciado del ejercicio Valores asignados al ejercicio individual 1 (Estudiante 4) Presente en los tres espacios inferiores, las temáticas, definiciones y/o conceptos, con su respectiva definición utilizados en el desarrollo del ejercicio. Dato No Valor Unidad 𝒅𝟏 = 𝒅𝟐 = 𝒅𝟑 = 𝒅𝟒 = 𝒅𝟓 = Solución del ejercicio individual 1. Temática (2.1) “Luz absorbida como fotones: El efecto fotoeléctrico” (Estudiante No 4) Pregunta Respuesta Presente en el espacio inferior un breve análisis de los resultados obtenidos en el ejercicio individual 1. Temática (2.1) “Luz absorbida como fotones: El efecto fotoeléctrico” (Estudiante No 4) A. B. C. D. E. Ejercicio individual 2. Temática (2.2) “Luz emitida como fotones: Producción de rayos x” (Estudiante No 4) Escriba aquí el enunciado del ejercicio Valores asignados al ejercicio individual 2 (Estudiante 4) Presente en los tres espacios inferiores, las temáticas, definiciones y/o conceptos, con su respectiva definición utilizados en el desarrollo del ejercicio. Dato No Valor Unidad 𝒅𝟏 = 𝒅𝟐 = 𝒅𝟑 = 𝒅𝟒 = 𝒅𝟓 = Solución del ejercicio individual 2: Temática (2.2) “Luz emitida como fotones: Producción de rayos x” (Estudiante No 4) Pregunta Respuesta Presente en el espacio inferior un breve análisis de los resultados obtenidos en el ejercicio individual 2: Temática (2.2) “Luz emitida como fotones: Producción de rayos x” (Estudiante No 4) A. B. C. D. E. Ejercicio individual 3: Temática (2.3) “Luz dispersada en forma de fotones: Dispersión Compton y producción de pares” (Estudiante No 4) Escriba aquí el enunciado del ejercicio. Valores asignados al ejercicio individual 3 (Estudiante 4) Presente en los tres espacios inferiores, las temáticas, definiciones y/o conceptos, con su respectiva definición utilizados en el desarrollo del ejercicio. Dato No Valor Unidad 𝒅𝟏 = 𝒅𝟐 = 𝒅𝟑 = 𝒅𝟒 = 𝒅𝟓 = Solución del ejercicio individual 3: Temática (2.3) “Luz dispersada en forma de fotones: Dispersión Compton y producción de pares” (Estudiante No 4) Pregunta Respuesta Presente en el espacio inferior un breve análisis de los resultados obtenidos en el ejercicio individual 3: Temática (2.3) “Luz dispersada en forma de fotones: Dispersión Compton y producción de pares” (Estudiante No 4) A. B. C. D. E. ______________________________________________ Nombre del estudiante No 5: Escriba aquí el nombre del estudiante No 5. Coloque aquí la copia de pantalla (Pantallazo) de los valores generados para el desarrollo de los tres ejercicios individuales asignados al estudiante No 5: Ejercicio individual 1. Temática (2.1) “Luz absorbida como fotones: El efecto fotoeléctrico” (Estudiante No 5) Escriba aquí el enunciado del ejercicio Valores asignados al ejercicio individual 1 (Estudiante 5) Presente en los tres espacios inferiores, las temáticas, definiciones y/o conceptos, con su respectiva definición utilizados en el desarrollo del ejercicio. Dato No Valor Unidad 𝒅𝟏 = 𝒅𝟐 = 𝒅𝟑 = 𝒅𝟒 = 𝒅𝟓 = Solución del ejercicio individual 1. Temática (2.1) “Luz absorbida como fotones: El efecto fotoeléctrico” (Estudiante No 5) Pregunta Respuesta Presente en el espacio inferior un breve análisis de los resultados obtenidos en el ejercicio individual 1. Temática (2.1) “Luz absorbida como fotones: El efecto fotoeléctrico” (Estudiante No 5) A. B. C. D. E. Ejercicio individual 2. Temática (2.2) “Luz emitida como fotones: Producción de rayos x” (Estudiante No 5) Escriba aquí el enunciado del ejercicio Valores asignados al ejercicio individual 2 (Estudiante 5) Presente en los tres espacios inferiores, las temáticas, definiciones y/o conceptos, con su respectiva definición utilizados en el desarrollo del ejercicio. Dato No Valor Unidad 𝒅𝟏 = 𝒅𝟐 = 𝒅𝟑 = 𝒅𝟒 = 𝒅𝟓 = Solución del ejercicio individual 2: Temática (2.2) “Luz emitida como fotones: Producción de rayos x” (Estudiante No 5) Pregunta Respuesta Presente en el espacio inferior un breve análisis de los resultados obtenidos en el ejercicio individual 2: Temática (2.2) “Luz emitida como fotones: Producción de rayos x” (Estudiante No 5) A. B. C. D. E. Ejercicio individual 3: Temática (2.3) “Luz dispersada en forma de fotones: Dispersión Compton y producción de pares” (Estudiante No 5) Escriba aquí el enunciado del ejercicio. Valores asignados al ejercicio individual 3 (Estudiante 5) Dato No 𝒅𝟏 = 𝒅𝟐 = 𝒅𝟑 = 𝒅𝟒 = 𝒅𝟓 = Valor Unidad Presente en los tres espacios inferiores, las temáticas, definiciones y/o conceptos, con su respectiva definición utilizados en el desarrollo del ejercicio. Solución del ejercicio individual 3: Temática (2.3) “Luz dispersada en forma de fotones: Dispersión Compton y producción de pares” (Estudiante No 5) Pregunta Respuesta Presente en el espacio inferior un breve análisis de los resultados obtenidos en el ejercicio individual 3: Temática (2.3) “Luz dispersada en forma de fotones: Dispersión Compton y producción de pares” (Estudiante No 5) A. B. C. D. E. ______________________________________________ Ejercicio Colaborativo: Escriba aquí el enunciado del ejercicio colaborativo 1: Valores asignados al ejercicio colaborativo 1 Dato No Valor Sigla Nombre de La unidad 𝒅𝟏 = 𝒅𝟐 = 𝒅𝟑 = Solución del ejercicio colaborativo 1 Escriba aquí el número del grupo Presente en los tres espacios inferiores, las temáticas, definiciones y/o conceptos, con su respectiva definición utilizados en el desarrollo del ejercicio. Pregunta Respuesta Presente en el espacio inferior un breve análisis de los resultados obtenidos en el ejercicio colaborativo 1 A. B. C. D. E. Ejercicio Colaborativo: Escriba aquí el enunciado del ejercicio colaborativo 2: Valores asignados al ejercicio colaborativo 2 Dato No Valor Sigla Escriba aquí el número del grupo Presente en los tres espacios inferiores, las temáticas, definiciones y/o conceptos, con su respectiva definición utilizados en el desarrollo del ejercicio. Nombre de La unidad 𝒅𝟏 = 𝒅𝟐 = 𝒅𝟑 = Solución del ejercicio colaborativo 2 Pregunta A. B. C. D. E. Respuesta Presente en el espacio inferior un breve análisis de los resultados obtenidos en el ejercicio colaborativo 2 CONCLUSIONES El grupo de estudiantes debe redactar las conclusiones del trabajo realizado en una hoja independiente del resto del trabajo, después del desarrollo de los ejercicios y antes de las referencias bibliográficas. Cada estudiante presenta como mínimo una conclusión. NOTA. Al final de la conclusión, debe indicarse entre paréntesis el nombre del autor y el año de presentación de la misma; por ejemplo; Con el desarrollo del presente trabajo colaborativo Fase No 1, se comprendió que en el movimiento circular uniforme, el módulo de la velocidad es constante (Edson Benítez, 2016) NOTA: En el momento en que el grupo de estudiantes tenga definidas las conclusiones, debe borrar el contenido de la presente hoja. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Las referencias bibliográficas deben presentarse con base en las normas APA. El documento de las normas APA, puede descargarse del entorno de conocimiento del curso de física general.
