PRÁCTICA # 2. BASE EXPERIMENTAL DE LA TEORÍA CUÁNTICA

PRÁCTICA  # 2. BASE EXPERIMENTAL DE LA TEORÍA CUÁNTICA

COMPETENCIAS A DESARROLLAR:

*Explicar el efecto fotoeléctrico.

*Resolver problemas de longitud de onda y frecuencia del espectro de la luz visible.

PROPÓSITO:

Comprobar experimentalmente el fenómeno del efecto fotoeléctrico y determinar la longitud de onda de las líneas espectrales de diferentes elementos, para comprender la Teoría del modelo del átomo mecánico-cuántico.

CONOCIMIENTOS PREVIOS

¿En qué consiste la teoría de Planck?

Demostró que la luz y la radiación no emiten no emiten continuamente en una cantidad constante de toda la materia. El sugirió que la luz y la radiación eran emitidas y absorbidas en distintas cantidades por diversas partículas subatómicas en toda la materia. Las frecuencias de la radiación de la materia demostraron que dependían de los átomos de energía conocidos como fotones. Planck descubrió una formula matemática apoyando su idea de que la energía es siempre emitida o absorbida en unidades discretas denominados cuantos, la luz es producida y absorbida en diferentes cuantos dependiendo de la estructura atómica de la materia.

¿Qué estudia la espectroscopia?

Es el estudio de interacción entre la radiación electromagnética y la materia, con absorción emisión de energía radiante. El análisis espectral se basa en detectar la absorción o emisión de radiación electromagnética a ciertas longitudes de ondas, en relación con los niveles de energía implicados en una transición cuántica.

¿Qué es un espectro y su clasificación?

El espectro electromagnético se extiende desde la radiación de menor longitud de onda, como los rayos gamma y los rayos x, pasando por la luz ultravioleta, la luz visible y los rayos infrarrojos, hasta las ondas electromagnéticas de mayor longitud de onda, como son las ondas de radio, si bien todas las ondas electromagnéticas son iguales, razón por la cual a cada grupo de ondas electromagnéticas que dan lugar a efectos similares se les ha asignado un nombre.

• Ondas de radio AM: recibe este nombre por ser las que emplean las estaciones de radiocomunicación para realizar sus transmisiones.  
• Ondas de TV y radio FM
• Microondas: son ondas electromagnéticas más altas que las de radio y tv se produce mediante un generador de pulsos eléctricos de duración muy corta que en combinación con una antena parabólica se transforma en onda electromagnética.
• Rayos infrarrojos: se les conoce también como rayos caloríficos debido a que son emitidos por cuerpos calientes o en estado de incandescencia.

¿Cómo está integrado el espectro electromagnético de la luz visible?

1. Compuesta por corpúsculos que viajaban por el espacio en la línea recta (teoría corpuscular-newton-1670)
2. Ondas similares a la del sonido que requerían un medio para transportarse (el éter) (teoría ondulatoria-huygens-1678)
3. Ondas electromagnéticas al encontrar sus características similares a las ondas de radio (teoría electromagnetica-maxwell-1860)
4. Como paquetes de energía llamados cuantos (Max planck-1900) finalmente Broglie en 1924 unifica la teoría electromagnética y la de los cuantos (que proviene de la ondulatoria y corpuscular) demostrando la doble naturaleza de la luz.

¿Qué significado tienen las líneas negras en el espectro de absorción?

Una línea espectral es una línea oscura o brillante en un espectro uniforme y continuo, resultado de un exceso o una carencia de fotones es un estrecho rango de frecuencias, comparando con las frecuencias cercanas. En el caso de existir una carencia de fotones, se habla de una línea de absorción.

¿Qué es un cuerpo negro?

Una cavidad que admite la entrada de la luz por un único orificio de entrada, pero no deja salir nada de esta luz original.

¿Qué es y cómo funciona una foto celda?

Es un dispositivo electrónico que es capaz de producir una pequeña cantidad de corriente eléctrica al ser expuesta a la luz. Convierten la luz del sol en energía eléctrica, esta es conducida a través de un alambre hacia las baterías donde es almacenada hasta que se necesita, en el camino hacia las baterías la corriente pasa a través de un controlador, el cual corta el flujo de corriente cuando las baterías están completamente cargadas.

Con base a las preguntas anteriores, redacta lo siguiente:

OBJETIVO

Identificar y diferenciar elementos o compuestos químicos, mediante la conservación del espectro de la luz emitido por sus átomos a la llama. Y la identificación de un gran número de sustancias tales como: sales, metales, aleaciones, minerales, cerámicas, etc.

HIPÓTESIS

La teoría cuántica es uno de los principales pilares de la física actual. A continuación, damos a conocer la hipótesis de la practica número 2 en la cual decimos que los espectros se clasifican en dos tipos que son los de absorción y los de emisión. así como la observación de los dos tipos de espectros y la comprobación de la teoría de Max plank y el poder observar las distintas bandas de un espectro en la cual creemos que nos va a dar como resultado que los espectros se interponen a una de terminada distancia. 

MARCO TEÓRICO

BASE EXPERIMENTAL DE LA TEORÍA CUÁNTICA.

Un cuerpo negro se construye experimentalmente mediante una cavidad hueca con un pequeño orificio al exterior. Las paredes internas de la cavidad se recubren con hollín por lo que en frío prácticamente toda la radiación que entra por el orificio es absorbida. La boca del orificio se comporta entonces como un cuerpo negro. Un metal a altas temperaturas se comporta aproximadamente también como un cuerpo negro. La intensidad detectada de la emisión de un cuerpo negro (potencia detectada por unidad de superficie del detector) presenta una dependencia con el inverso del cuadrado de la distancia entre emisor y detector.

Teoría de Planck de la radiación

El físico alemán Max Plank, descubrió la ley que gobierna la radiación de los cuerpos en equilibrio termodinámico. Según Plank, la intensidad de radiación para cada longitud de onda depende únicamente de la temperatura del cuerpo en cuestión.

En 1900 Planck formuló que la energía se radia en unidades pequeñas separadas denominadas cuantos. Avanzando en el desarrollo de esta teoría, descubrió una constante de naturaleza universal que se conoce como la constante de Planck.

En 1900 emitió una hipótesis que interpretaba los resultados experimentales satisfactoriamente como los cuerpos captaban o emitían energía. Según Planck, la energía emitida o captada por un cuerpo en forma de radiación electromagnética es siempre un múltiplo (n) de la constante, llamada posteriormente constante de Planck por la frecuencia v de la radiación.

e =nhv

h=6.62 10-34 J•s, constante de Planck

v = frecuencia de la radiación

A hv le llamó cuanto de energía. Que un cuanto sea más energético que otro dependerá de su frecuencia.

EFECTO FOTOELÉCTRICO

Consiste en la emisión de electrones por un material cuando se hace incidir sobre él una radiación electromagnética (luz visible o ultravioleta, en general).

Espectros de emisión y series espectrales

ESPECTRO: El espectro de emisión atómica de un elemento es un conjunto de frecuencias de las ondas electromagnéticas emitidas por átomos de ese elemento, en estado gaseoso, cuando se le comunica 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.

Cada átomo es capaz de emitir o absorber radiación electromagnética, aunque solamente en algunas frecuencias que son características propias de cada uno de los diferentes elementos químicos.

Espectro de absorción o series espectrales.

Se presenta cuando un sólido incandescente se encuentra rodeado por un gas más frio, el espectro resultante muestra un fondo interrumpido por espacios oscuros denominados líneas de absorción, porque el gas ha absorbido de la luz aquellos colores que éste irradia por sí mismo. Suele ocurrir que unos cuerpo absorben sólo la radiación de unas determinadas longitudes de onda y no aceptan absorber otras de otras longitudes, por lo que cada cuerpo, cada elemento químico en la práctica, tiene su propio espectro de absorción, el cual se corresponde con su espectro de emisión, al igual como si fuera el negativo con el positivo de una película.

Teoría ondulatoria de la luz

La luz es un movimiento ondulatorio similar al del sonido.

Ondas longitudinales.

Definió lo que hoy aún se conoce como leyes de reflexión y de refracción

Radiación del cuerpo negro y teoría de

Planck.

Un cuerpo negro es aquel que absorbe toda la radiación que le llega a todas las longitudes de onda y la radiación que el emite es solo función de la temperatura y de la frecuencia de la onda.

En 1801 realizo el experimento de las dos rendijas retomando y comprobando la teoría ondulatoria de la luz.

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