Preguntas Conceptuales
6.1 Radiación de cuerpo negro
Describa lo que vería al observar un cuerpo cuya temperatura aumenta de 1000 K a 1.000.000 K.
Especule por qué la luz ultravioleta provoca quemaduras solares, mientras que la luz visible no lo hace.
Los radiadores de dos cavidades están construidos con paredes de diferentes metales. A la misma temperatura, ¿en qué se diferenciarían sus espectros de radiación?
Discuta por qué algunos cuerpos aparecen negros, otros rojos y otros blancos.
Si todo radia energía electromagnética, ¿por qué no podemos ver objetos a temperatura ambiente en una habitación oscura?
¿Cuánto aumenta la potencia radiada por un cuerpo negro cuando se triplica su temperatura (en K)?
6.2 Efecto fotoeléctrico
Con la misma fuente de luz monocromática, ¿se produciría el efecto fotoeléctrico para todos los metales?
En la interpretación del efecto fotoeléctrico, ¿cómo se sabe que un electrón no absorbe más de un fotón?
Explique cómo puede determinar la función de trabajo a partir de un gráfico del potencial de frenado frente a la frecuencia de la radiación incidente en un experimento de efecto fotoeléctrico. ¿Puede determinar el valor de la constante de Planck a partir de este gráfico?
Supongamos que en el experimento de efecto fotoeléctrico hacemos un gráfico de la corriente detectada frente a la diferencia de potencial aplicada. ¿Qué información obtenemos de ese gráfico? ¿Podemos determinar a partir del mismo el valor de la constante de Planck? ¿Podemos determinar la función de trabajo del metal?
Especule cómo el aumento de la temperatura de un fotoelectrodo afecta a los resultados del experimento del efecto fotoeléctrico.
¿Qué aspectos del efecto fotoeléctrico no pueden ser explicados por la física clásica?
¿Es el efecto fotoeléctrico una consecuencia del carácter ondulatorio de la radiación o es una consecuencia del carácter de partícula de la radiación? Explique brevemente.
Los metales sodio, hierro y molibdeno tienen funciones de trabajo de 2,5 eV, 3,9 eV y 4,2 eV, respectivamente. ¿Cuál de estos metales emite fotoelectrones cuando se ilumina con luz de 400 nm?
6.3 El efecto Compton
¿Cuál tiene un mayor momento: un fotón UV o un fotón IR?
¿Afecta el cambio de intensidad de un haz de luz monocromática al momento de los fotones individuales del haz? ¿Afecta este cambio al momento neto del haz?
¿Puede producirse el efecto Compton con la luz visible? Si es así, ¿será detectable?
¿Es posible observar rayos X dispersos en el experimento de Compton que tengan una longitud de onda más corta que la radiación de rayos X incidente?
Demuestre que la longitud de onda Compton tiene la dimensión de la longitud.
¿A qué ángulo de dispersión el desplazamiento de la longitud de onda en el efecto Compton es igual a la longitud de onda Compton?
6.4 Modelo de Bohr del átomo de hidrógeno
Explique por qué los patrones de las líneas espectrales de emisión brillante tienen una posición espectral idéntica al patrón de las líneas espectrales de absorción oscuras para un elemento gaseoso determinado.
La serie de Balmer para el hidrógeno se descubrió antes que la serie de Lyman o la de Paschen. ¿Por qué?
Cuando se analiza el espectro de absorción del hidrógeno a temperatura ambiente, se encuentran líneas de absorción para la serie de Lyman, pero no se encuentra ninguna para la serie de Balmer. ¿Qué nos dice esto sobre el estado energético de la mayoría de los átomos de hidrógeno a temperatura ambiente?
El hidrógeno representa alrededor del 75 % en masa de la materia en la superficie de la mayoría de las estrellas. Sin embargo, las líneas de absorción del hidrógeno son más fuertes (de mayor intensidad) en los espectros de las estrellas con una temperatura superficial de unos 9.000 K. Son más débiles en el espectro solar y son esencialmente inexistentes en las estrellas muy calientes (temperaturas superiores a 25.000 K) o más bien frías (temperaturas inferiores a 3.500 K). Especule por qué la temperatura de la superficie afecta a las líneas de absorción del hidrógeno que observamos.
Discuta las similitudes y diferencias entre el modelo de Thomson del átomo de hidrógeno y el modelo de Bohr del átomo de hidrógeno.
Discuta la forma en que el modelo de Thomson no es físico. Apoye su argumento con pruebas experimentales.
Si en un átomo de hidrógeno un electrón se desplaza a una órbita con un radio mayor, ¿aumenta o disminuye la energía del átomo de hidrógeno?
¿Cómo se conserva la energía cuando un átomo hace una transición de un estado energético superior a otro inferior?
Supongamos que un electrón de un átomo de hidrógeno hace una transición de la órbita(n+1) a la órbita n. ¿La longitud de onda del fotón emitido es mayor para valores mayores de n, o para valores menores de n?
Discuta por qué las energías permitidas del átomo de hidrógeno son negativas.
¿Por qué se puede ver a través del cristal pero no de la madera?
Demuestre que la constante de Planck tiene las dimensiones del momento angular.
6.5 Las ondas de materia de De Broglie
¿Qué tipo de radiación es la más adecuada para la observación de patrones de difracción en sólidos cristalinos: las ondas de radio, la luz visible o los rayos X? Explique.
Especule cómo se verían afectados los patrones de difracción de un cristal típico si se utilizan en lugar de los rayos X.
Si un electrón y un protón viajan a la misma velocidad, ¿cuál de ellos tiene la menor longitud de onda de De Broglie?
Si una partícula se acelera, ¿cómo afecta esto a su longitud de onda de De Broglie?
¿Por qué no se observa a diario la naturaleza ondulatoria de la materia en los objetos macroscópicos?
¿Cuál es la longitud de onda de un neutrón en reposo? Explique.
¿Por qué el montaje del experimento de Davisson-Germer debe estar encerrado en una cámara de vacío? Discuta el resultado que espera cuando la cámara no es evacuada.
6.6 Dualidad onda-partícula
Dé un ejemplo de un experimento en el que la luz se comporte como ondas. Dé un ejemplo de un experimento en el que la luz se comporte como una corriente de fotones.
Discuta: ¿En qué se diferencia la interferencia de las ondas de agua de la interferencia de los electrones? ¿En qué se parecen?
Dé al menos un argumento en apoyo de la hipótesis de las ondas de materia.
Explique la importancia del experimento de la doble rendija de Young.
¿Permite el principio de incertidumbre de Heisenberg que una partícula esté en reposo en una región determinada del espacio?
¿Puede conocerse con exactitud la longitud de onda de De Broglie de una partícula?
¿Producen los fotones de luz roja una mejor resolución en un microscopio que los fotones de luz azul? Explique.
Discuta la diferencia principal entre un SEM y un TEM.