FÍSICA
FÍSICA MODERNA: TEST
Comenzado
el: viernes, 10 de mayo de 2018
Completado
el: viernes, 10 de mayo de 2018
Tiempo
empleado: 10 minutos 43 segundos
Puntuación
bruta: 10/10 (100 %)
Question
1
De
acuerdo a la lectura realizada, y dadas tres temperaturas (1595K, 2000 K y
2500K ) que usted podrá¡ ubicar en la siguiente gráfica; indique cuál de las
curvas corresponde a la temperatura 1595K?.
Seleccione
una respuesta.
a. Curva 3
b. Curva 4
c. Curva 1 Correcto
d. Curva 2
Correcto
Puntos
para este envío: 1/1.
Question
2
A
un cuerpo cuya longitud máxima de radiación es igual a, se le puede estimar una
temperatura media de:
Seleccione
una respuesta.
a. 1897 K Correcto
b. 948 K
c. 1528 K
d. 2898 K
Correcto
Puntos
para este envío: 1/1.
Question
3
Espectros
atómicos
En
1898 Thomson había descubierto el electrón, partícula de masa en reposo muy
pequeña de valor m_e=9,1 \times 10^{-31}kg y con una carga elemental igual a
e=1,6 \times 10 ^{-19}C.
El Átomo contenía además carga positiva ya que son
regularmente neutros. El problema era saber cómo era la distribución dentro del
Átomo de estas cargas. Thomson propuso un modelo conocido como "puedan de
ciruela ". El modelo era que los electrones cargados negativamente estaban
localizados dentro de una distribución continua de carga positiva.
Los
electrones deberán estar fijos en sus posiciones de equilibrio, en el caso en
que el Átomo se encuentre en su estado de energía más bajo. Si se excita el
Átomo, los electrones deberán oscilar alrededor de dichas posiciones de
equilibrio. Ya que la teoría electromagnética clásica predice que un cuerpo
cargado acelerado emite radiación electromagnética, entonces los electrones
oscilando tenían emisión de radiación. Así de forma cualitativa se explica
dicha radiación, sin embargo, existen diferencias con los espectros observados
experimentalmente.
Este
modelo predecía en orden de magnitud el tamaño del Átomo y este resultado se
utiliza en la teoría cinética.
Se
puede trabajar los Átomos con este modelo para estudiar por ejemplo el
comportamiento de grandes conjuntos o asociaciones de Átomos, como es el caso
de un gas. El estudio de los gases se puede hacer con ayuda de la estadística.
En
particular, el problema de la estadística se dedica a encontrar como se
distribuye la energía entre las partículas que constituyen un sistema físico.
Esta distribución es conocida por la fórmula:
\displaystyle
n_j=\frac nZ e^{-\frac{1}{kT} E_j} llamada distribución de Boltzmann.
En
1911, Ernest Rutherford a partir de los experimentos de dispersión de partículas \alpha a través de láminas delgadas comprobó la invalidez del
modelo de Thomson, se encontró que la carga positiva esta confinada en una
región muy pequeña del Átomo, descubriendo el núcleo atómico. Rutherford sugirió el modeló planetario, donde el Átomo consiste de un núcleo muy pequeño
pero masivo (del orden de 10^{-14}m) que tiene una carga positiva Ze, donde Z
es el número atómico. Alrededor de esta región central están localizados los
electrones Z del Átomo neutro.
El diámetro de un Átomo es alrededor de
10^{-10}m. Sin embargo, este método tampoco es correcto ya que de acuerdo con
la electrodinámica clásica, un cuerpo cargado que este acelerado emite
continuamente ondas electromagnéticas con lo cual, el electrón paulatinamente perderá
energía y estará "cayendo" al núcleo, cambiando de órbitas y variando
la frecuencia de forma continua. Ninguno de los anteriores hechos se presenta,
con lo cual se invalida este modelo.
Experimentalmente
se tienen espectros discretos o de rayas para el Átomo de hidrógeno, estos
espectros se pueden dar en forma de series, se hallaron las siguientes
expresiones de forma experimental para algunas series:
\begin{align}Serie
\ \ de \ \ Lyman \ \ &\omega= R \left( \frac{1}{1^2}-\frac{1}{n^2}
\right)\\Serie \ \ de \ \ Paschen \ \ & \omega= R \left(
\frac{1}{3^2}-\frac{1}{n^2} \right)\\Serie \ \ de \ \ Brackett \ \ &
\omega= R \left( \frac{1}{4^2}-\frac{1}{n^2} \right)\\Serie \ \ de \ \ Pfundt \
\ & \omega= R \left( \frac{1}{5^2}-\frac{1}{n^2} \right)\end{align}
El
modelo del Átomo de Thomson afirmaba que:
Seleccione
una respuesta.
a.
Los electrones giran en órbitas discretas.
b.
Los electrones se encuentran en una nube alrededor del núcleo
c.
los electrones cargados negativamente estaban localizados dentro de una
distribución continua de carga positiva. Correcto!
d.
Los electrones giran en el átomo con diferentes energías
Correcto
Puntos
para este envío: 1/1.
Question 4
Espectros
atómicos
En
1898 Thomson había descubierto el electrón, partícula de masa en reposo muy
pequeña de valor m_e=9,1 \times 10^{-31}kg y con una carga elemental igual a
e=1,6 \times 10 ^{-19}C. El Átomo contenía además carga positiva ya que son
regularmente neutros. El problema era saber cómo era la distribución dentro
del Átomo de estas cargas. Thomson propuso un modelo conocido como "pudin
de ciruela ". El modelo era que los electrones cargados negativamente
estaban localizados dentro de una distribución continua de carga positiva.
Los
electrones deberán estar fijos en sus posiciones de equilibrio, en el caso en
que el Átomo se encuentre en su estado de energía más bajo. Si se excita el Átomo,
los electrones deberán oscilar alrededor de dichas posiciones de equilibrio. Ya
que la teoría electromagnética clásica predice que un cuerpo cargado acelerado
emite radiación electromagnética, entonces los electrones oscilando tenían
emisión de radiación. Así de forma cualitativa se explica dicha radiación, sin
embargo, existen diferencias con los espectros observados experimentalmente.
Este
modelo predecía en orden de magnitud el tamaño del Átomo y este resultado se
utiliza en la teoría cinética.
Se
puede trabajar los Átomos con este modelo para estudiar por ejemplo el
comportamiento de grandes conjuntos o asociaciones de Átomos, como es el caso
de un gas. El estudio de los gases se puede hacer con ayuda de la estadística.
En
partícula, el problema de la estadística se dedica a encontrar como se
distribuye la energía entre las partículas que constituyen un sistema físico.
Esta distribución es conocida por la fórmula:
\displaystyle
n_j=\frac nZ e^{-\frac{1}{kT} E_j} llamada distribución de Boltzmann.
En
1911, Ernest Rutherford a partir de los experimentos de dispersión de partículas
\alpha a través de láminas delgadas comprobó la invalidez del modelo de
Thomson, se encontró que la carga positiva esta confinada en una región muy
pequeña del Átomo, descubriendo el núcleo atómico. Rutherford sugerir³ el modeló planetario, donde el Átomo consiste de un núcleo muy pequeño pero masivo
(del orden de 10^{-14}m) que tiene una carga positiva Ze, donde Z es el número
atómico.
Alrededor
de esta región central están localizados los electrones Z del átomo neutro. El diámetro
de un átomo es alrededor de 10^{-10}m. Sin embargo, este método tampoco es
correcto ya que de acuerdo con la electrodinámica clásica, un cuerpo cargado
que este acelerado emite continuamente ondas electromagnéticas con lo cual, el
electrón paulatinamente perderá energía y estará "cayendo" al núcleo,
cambiando de órbitas y variando la frecuencia de forma continua. Ninguno de los
anteriores hechos se presenta, con lo cual se invalida este modelo.
Experimentalmente
se tienen espectros discretos o de rayas para el átomo de hidrógeno, estos
espectros se pueden dar en forma de series, se hallaron las siguientes
expresiones de forma experimental para algunas series:
\begin{align}Serie
\ \ de \ \ Lyman \ \ &\omega= R \left( \frac{1}{1^2}-\frac{1}{n^2}
\right)\\Serie \ \ de \ \ Paschen \ \ & \omega= R \left(
\frac{1}{3^2}-\frac{1}{n^2} \right)\\Serie \ \ de \ \ Brackett \ \ &
\omega= R \left( \frac{1}{4^2}-\frac{1}{n^2} \right)\\Serie \ \ de \ \ Pfundt \
\ & \omega= R \left( \frac{1}{5^2}-\frac{1}{n^2} \right)\end{align}
La
siguiente serie \omega= R \left( \frac{1}{3^2}-\frac{1}{n^2} \right) se llama
la serie de:
Seleccione
una respuesta.
a. Lyman
b. Planck
c. Blamer
d. Paschen Correcto
Correcto
Puntos
para este envío: 1/1.
Question
5
Radiación
del cuerpo negro y formula de Planck
La
radiación (emisión de ondas electromagnéticas) de calor se estudia con ayuda de
la termodinámica porque es la radiación que conlleva al equilibrio térmico, se
tiene entonces un modelo, que se llama cuerpo negro, cuya propiedad
fundamental, es que su poder emisivo (es igual a la energía emitida en forma de
radiación con frecuencias en el intervalo entre \nu y \nu +d\nu de un Área
unitaria de la superficie a una temperatura absoluta T y por unidad de tiempo)
es una función general que ayuda a calcular la de todos los demás cuerpos. Esta
conclusión se conoce como la ley de Kirchhoff. Al integrar el poder emisivo
para todas las frecuencias o longitudes de onda, se puede hallar la radiación
del cuerpo negro.
El
poder emisivo del cuerpo negro se podía medir y se tenían resultados
experimentales pero no se tenía una teoría para explicarlos, a comienzos del
siglo pasado, Rayleigh y Jeans, calcularán la densidad de energía de la
radiación por una cavidad (cuerpo negro), que indicaba un serio conflicto entre
la física clásica y los resultados experimentales. Para frecuencias bajas la
fórmula que se deducirá a partir de consideraciones clásicas se acerca a los
resultados experimentales, pero a altas frecuencias, las discrepancias son
abismales lo que se llamo la \textit{catástrofe ultravioleta.}
Para
deducir dicha fórmula, procedieron a calcular el número de ondas estacionarias
que pueden estar en un recinto o volumen de lados a, b y c, es decir V=abc en
el intervalo de frecuencias \nu hasta \nu+d\nu; después se utiliza la teoría cinética
para calcular la energía total promedio de estas ondas cuando el sistema se
encuentra en equilibrio térmico y por Último al multiplicar el número de ondas
estacionarias por la energía promedio de las ondas y dividido entre el volumen
de la cavidad nos da la energía promedio por unidad de volumen en el intervalo
de frecuencias \nu y \nu+d\nu dando la densidad de energía: \rho_T(\nu) y por
supuesto R_T(\nu)$ y $R_T.
La
expresión a la que llegaron:
\displaystyle
\rho_T(\nu)d\nu= \overline{\varepsilon}\Delta n_{\nu}=8 \pi kT
\frac{\nu^2d\nu}{ c^3} ,
se
le llamo formula de Rayleigh-Jeans.
Como
para altas frecuencias esta fórmula discrepaba de los resultados
experimentales, Planck considera que se podía violar la ley de equipartición
de energía. El supuso que la energía podía tomar solamente los valores:
\varepsilon =0, \ h \nu, \ 2h \nu, \ 3h \nu, \
\cdots nh \nu \cdots
donde
n= 0,\ 1, \ 2, \ 3, \ \cdots y h= 6,63
\times 10^{-34}Js
Con
este cambio llego a la fórmula:
\rho_T(\nu)d\nu= \Delta n_{\nu} \bar{\varepsilon} =8 \pi
\frac{\nu^2d\nu}{ c^3} \frac{h \nu}{e^{\frac{h \nu}{ kT} }-1 }
Formula
que se ajusta perfectamente a los hechos experimentales.
Debe
destacarse que Planck no altera la distribución de Boltzmann, solamente considera que la energía de las ondas electromagnéticas estacionarias,
oscilando senoidalmente en el tiempo, es una cantidad discreta en lugar de ser
continua. El postulado de Planck se puede enunciar como:
Cualquier
ente físico con un grado de libertad que realiza oscilaciones armónicas simples
sólo puede tener energías varepsilon que satisfacen la relación
\bar{\varepsilon}= n h \nu \ \ \ \ \ \ \ n=0,
\ 1, \ 2, \ 3, \ \cdots
donde
\nu es la frecuencia de la oscilación y h es una constante universal.
La
radiación del cuerpo negro es:
Seleccione
una respuesta.
a.
la integral del poder emisivo del cuerpo negro para todas las frecuencias o
longitudes de onda. Correcto!
b.
Es la energía por unidad de ángulo salido en la unidad de frecuencia
c.
Es la energía irradiada en la unidad de tiempo y en la unidad de frecuencia.
d.
Cero, porque el cuerpo negro no irradia
Correcto
Puntos
para este envío: 1/1.
Question
6
Las
imágenes son tomadas del simulador virtual:
De
acuerdo a la lectura anterior, y teniendo en cuenta las imágenes tomadas de un
simulador virtual que muestra la intensidad de unos fotones a una cierta
longitud de onda (Tenga presente que existe una relación inversamente
proporcional con la frecuencia de los fotones) que chocan contra una placa de
sodio y esta debido al efecto fotoeléctrico desprende electrones.
Responda:
Uno
de los siguiente cambios de configuración tiene el efecto que disminuye el número
de electrones desprendidos.
Seleccione
una respuesta.
a. Al pasar de la configuración a la Correcto!
b. Al pasar de la configuración a la
c. Al pasar de la configuración a la
d. Al pasar de la configuración a la
Correcto
Puntos
para este envío: 1/1.
Question 7
A
un cuerpo cuya longitud máxima de radiación es igual a , se le puede estimar
una temperatura media de:
Seleccione
una respuesta.
a. 2898 K
b. 4212 K correcto!
c. 6873 K
d. 2106 K
Correcto
Puntos
para este envío: 1/1.
Question
8
En
1898 Thomson había descubierto el electrón, partícula de masa en reposo muy
pequeña de valor m_e=9,1 \times 10^{-31}kg y con una carga elemental igual a
e=1,6 \times 10 ^{-19}C. El átomo contenía además carga positiva ya que son
regularmente neutros. El problema era saber cómo era la distribución dentro del
átomo de estas cargas. Thomson propuso un modelo conocido como "pudin de
ciruela ". El modelo era que los electrones cargados negativamente estaban
localizados dentro de una distribución continua de carga positiva.
Experimentalmente
se tienen espectros discretos o de rayas para el átomo de hidrógeno, estos
espectros se pueden dar en forma de series, se hallaron las siguientes
expresiones de forma experimental para algunas series:
\begin{align}Serie
\ \ de \ \ Lyman \ \ &\omega= R \left( \frac{1}{1^2}-\frac{1}{n^2}
\right)\\Serie \ \ de \ \ Paschen \ \ & \omega= R \left(
\frac{1}{3^2}-\frac{1}{n^2} \right)\\Serie \ \ de \ \ Brackett \ \ &
\omega= R \left( \frac{1}{4^2}-\frac{1}{n^2} \right)\\Serie \ \ de \ \ Pfundt \
\ & \omega= R \left( \frac{1}{5^2}-\frac{1}{n^2} \right)\end{align}
Para
la serie de Lyman, n puede tomar todos los valores:
Seleccione
una respuesta.
a. mayores de 3
b. mayores de 4
c. mayores de 5
d. mayores de 2 correcto!
Correcto
Puntos
para este envío: 1/1.
Question 9
Radiación
del cuerpo negro y formula de Planck
Un
método para hallar la radiación del cuerpo negro es:
Seleccione
una respuesta.
a.
Realizar un experimento en la universidad
b.
Derivar el poder emisivo para todas las frecuentas o longitudes de onda
c.
Integrar el poder emisivo para todas las frecuencias o longitudes de onda correcto!
d.
Dividir el poder emisivo para todas las frecuencias o longitudes de onda
Correcto
Puntos
para este envío: 1/1.
Question
10
De
acuerdo a la lectura realizada, y dadas tres temperaturas (1595K, 2000 K y
2500K ) que usted podrá¡ ubicar en la siguiente gráfica; indique
Cuál
de las curvas corresponde a la temperatura 2500 K?.
Seleccione
una respuesta.
a. Curva 3 correcto
b. Curva 1
c. Curva 4
d. Curva 2
Publicar un comentario
0 Comentarios