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  1. Prefacio
  2. Óptica
    1. 1 La naturaleza de la luz
      1. Introducción
      2. 1.1 La propagación de la luz
      3. 1.2 La ley de reflexión
      4. 1.3 Refracción
      5. 1.4 Reflexión interna total
      6. 1.5 Dispersión
      7. 1.6 Principio de Huygens
      8. 1.7 Polarización
      9. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
    2. 2 Óptica geométrica y formación de imágenes
      1. Introducción
      2. 2.1 Imágenes formadas por espejos planos
      3. 2.2 Espejos esféricos
      4. 2.3 Imágenes formadas por refracción
      5. 2.4 Lentes delgadas
      6. 2.5 El ojo
      7. 2.6 La cámara
      8. 2.7 La lupa simple
      9. 2.8 Microscopios y telescopios
      10. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
    3. 3 Interferencias
      1. Introducción
      2. 3.1 Interferencia de doble rendija de Young
      3. 3.2 Matemáticas de la interferencia
      4. 3.3 Interferencias de rendijas múltiples
      5. 3.4 Interferencia de película delgada
      6. 3.5 El interferómetro de Michelson
      7. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
    4. 4 Difracción
      1. Introducción
      2. 4.1 Difracción de una rendija
      3. 4.2 Intensidad en la difracción de una rendija
      4. 4.3 Difracción de doble rendija
      5. 4.4 Rejillas de difracción
      6. 4.5 Aberturas circulares y resolución
      7. 4.6 Difracción de rayos X
      8. 4.7 Holografía
      9. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
  3. Física moderna
    1. 5 Relatividad
      1. Introducción
      2. 5.1 Invariancia de las leyes físicas
      3. 5.2 Relatividad de la simultaneidad
      4. 5.3 Dilatación del tiempo
      5. 5.4 Contracción de longitud
      6. 5.5 La transformación de Lorentz
      7. 5.6 Transformación relativista de la velocidad
      8. 5.7 Efecto Doppler para la luz
      9. 5.8 Momento relativista
      10. 5.9 Energía relativista
      11. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
    2. 6 Fotones y ondas de materia
      1. Introducción
      2. 6.1 Radiación de cuerpo negro
      3. 6.2 Efecto fotoeléctrico
      4. 6.3 El efecto Compton
      5. 6.4 Modelo de Bohr del átomo de hidrógeno
      6. 6.5 Las ondas de materia de De Broglie
      7. 6.6 Dualidad onda-partícula
      8. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
    3. 7 Mecánica cuántica
      1. Introducción
      2. 7.1 Funciones de onda
      3. 7.2 El principio de incertidumbre de Heisenberg
      4. 7.3 La ecuación de Schrӧdinger
      5. 7.4 La partícula cuántica en una caja
      6. 7.5 El oscilador armónico cuántico
      7. 7.6 El efecto túnel de las partículas a través de las barreras de potencial
      8. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
    4. 8 Estructura atómica
      1. Introducción
      2. 8.1 El átomo de hidrógeno
      3. 8.2 Momento dipolar magnético orbital del electrón
      4. 8.3 Espín del electrón
      5. 8.4 El principio de exclusión y la tabla periódica
      6. 8.5 Espectros atómicos y rayos X
      7. 8.6 Láseres
      8. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
    5. 9 Física de la materia condensada
      1. Introducción
      2. 9.1 Tipos de enlaces moleculares
      3. 9.2 Espectros moleculares
      4. 9.3 Enlaces en los sólidos cristalinos
      5. 9.4 Modelo de electrones libres de los metales
      6. 9.5 Teoría de bandas de los sólidos
      7. 9.6 Semiconductores y dopaje
      8. 9.7 Dispositivos semiconductores
      9. 9.8 Superconductividad
      10. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
    6. 10 Física nuclear
      1. Introducción
      2. 10.1 Propiedades de los núcleos
      3. 10.2 Energía de enlace nuclear
      4. 10.3 Decaimiento radioactivo
      5. 10.4 Reacciones nucleares
      6. 10.5 Fisión
      7. 10.6 Fusión nuclear
      8. 10.7 Usos médicos y efectos biológicos de la radiación nuclear
      9. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
    7. 11 Física de partículas y cosmología
      1. Introducción
      2. 11.1 Introducción a la física de partículas
      3. 11.2 Leyes de conservación de las partículas
      4. 11.3 Cuarks
      5. 11.4 Aceleradores y detectores de partículas
      6. 11.5 El modelo estándar
      7. 11.6 El Big Bang
      8. 11.7 Evolución del universo primigenio
      9. Revisión Del Capítulo
        1. Términos Clave
        2. Ecuaciones Clave
        3. Resumen
        4. Preguntas Conceptuales
        5. Problemas
        6. Problemas Adicionales
        7. Problemas De Desafío
  4. A Unidades
  5. B Factores de conversión
  6. C Constantes fundamentales
  7. D Datos astronómicos
  8. E Fórmulas matemáticas
  9. F Química
  10. G El alfabeto griego
  11. Clave de Respuestas
    1. Capítulo 1
    2. Capítulo 2
    3. Capítulo 3
    4. Capítulo 4
    5. Capítulo 5
    6. Capítulo 6
    7. Capítulo 7
    8. Capítulo 8
    9. Capítulo 9
    10. Capítulo 10
    11. Capítulo 11
  12. Índice

Problemas

9.1 Tipos de enlaces moleculares

40 .

La configuración electrónica del carbono es 1s22s22p2.1s22s22p2. Dada esta configuración de electrones, ¿qué otro elemento podría presentar el mismo tipo de hibridación que el carbono?

41 .

El cloruro de potasio (KCl) es una molécula formada por un enlace iónico. En la separación de equilibrio los átomos tienen una separación de r0=0,279nmr0=0,279nm. Determina la energía potencial electrostática de los átomos.

42 .

La afinidad electrónica del Cl es de 3,89 eV y la energía de ionización del K es de 4,34 eV. Utilice el problema anterior para determinar la energía de disociación. (No hay que tener en cuenta la energía de repulsión).

43 .

La energía disociada medida del KCl es de 4,43 eV. Utilice los resultados del problema anterior para determinar la energía de repulsión de los iones debido al principio de exclusión.

9.2 Espectros moleculares

44 .

En un laboratorio de física, se mide el espectro vibracional-rotacional del HCl. La separación estimada entre los picos de absorción es Δf5,5×1011HzΔf5,5×1011Hz. La frecuencia central de la banda es f0=9,0×1013Hzf0=9,0×1013Hz. (a) ¿Cuál es el momento de inercia(I)? (b) ¿Cuál es la energía de vibración de la molécula?

45 .

Para el problema anterior, halle la separación de equilibrio de los átomos de H y Cl. Compárela con el valor real.

46 .

La separación entre los átomos de oxígeno en una molécula de O2O2 es de aproximadamente 0,121 nm. Determine la energía característica de rotación en eV.

47 .

La energía característica de la molécula N2N2 es 2,48×10−4eV2,48×10−4eV. Determine la distancia de separación entre los átomos de nitrógeno.

48 .

La energía característica del KCl es 1,4×10−5eV.1,4×10−5eV. (a) Determine μμ para la molécula de KCl. (b) Halle la distancia de separación entre los átomos de K y Cl.

49 .

Una molécula diatómica F2F2 se encuentra en el estado l=1l=1. (a) ¿Cuál es la energía de la molécula? (b) ¿Cuánta energía se irradia en una transición de un estado l=2l=2 a un estado l=1l=1?

50 .

En un laboratorio de física, se mide el espectro vibracional-rotacional del bromuro de potasio (KBr). La separación estimada entre los picos de absorción es Δf5,35×1010HzΔf5,35×1010Hz. La frecuencia central de la banda es f0=8,75×1012Hzf0=8,75×1012Hz. (a) ¿Cuál es el momento de inercia (I)? (b) ¿Cuál es la energía de vibración de la molécula?

9.3 Enlaces en los sólidos cristalinos

51 .

La estructura cristalina de la CsI es BCC. El espacio en equilibrio es aproximadamente r0=0,46nmr0=0,46nm. Si el ion de Cs+Cs+ ocupa un volumen cúbico de r03r03, cuál es la distancia desde este ion a su ion "vecino más cercano" I+I+?

52 .

La energía potencial de un cristal es 8,10eV8,10eV/par de iones. Determine la energía de disociación de cuatro moles del cristal.

53 .

La densidad medida de un cristal de NaF es 2,558g/cm32,558g/cm3. ¿Cuál es la distancia de separación en equilibrio de los iones del Na+Na+ y FlFl?

54 .

¿Qué valor de la constante de repulsión, n, da la energía de disociación medida de 221 kcal/mol para el NaF?

55 .

Determine la energía de disociación de 12 moles de cloruro de sodio (NaCl). (Pista: la constante de repulsión n es aproximadamente 8).

56 .

La densidad medida de un cristal de KCl es 1,984g/cm3.1,984g/cm3. ¿Cuál es la distancia de separación en equilibrio de K+K+ y ClCl?

57 .

¿Qué valor de la constante de repulsión, n, da la energía de disociación medida de 171 kcal/mol para el KCl?

58 .

La densidad medida de un cristal de CsCl es 3,988g/cm33,988g/cm3. ¿Cuál es la distancia de separación en equilibrio de los iones del Cs+Cs+ y ClCl?

9.4 Modelo de electrones libres de los metales

59 .

¿Cuál es la diferencia de energía entre el estado nx=ny=nz=4nx=ny=nz=4 y el estado con la siguiente energía más alta? ¿Cuál es el porcentaje de cambio en la energía entre el estado nx=ny=nz=4nx=ny=nz=4 y el estado con la siguiente energía más alta? (b) Compárelos con la diferencia de energía y el porcentaje de cambio en la energía entre el estado nx=ny=nz=400nx=ny=nz=400 y el estado con la siguiente energía más alta.

60 .

Un electrón está confinado en un cubo metálico de l=0,8cml=0,8cm en cada lado. Determine la densidad de estados en (a) E=0,80eVE=0,80eV; (b) E=2,2eVE=2,2eV; y (c) E=5,0eVE=5,0eV.

61 .

¿Qué valor de energía corresponde a una densidad de estados de 1,10×1024eV−11,10×1024eV−1?

62 .

Compare la densidad de estados a 2,5 eV y 0,25 eV.

63 .

Consideremos un cubo de cobre con aristas de 1,50 mm de longitud. Estime el número de estados cuánticos de los electrones en este cubo cuyas energías están en el rango de 3,75 a 3,77 eV.

64 .

Si hay un electrón libre por átomo de cobre, ¿cuál es la densidad numérica de electrones de este metal?

65 .

Determine la energía de Fermi y la temperatura del cobre a T=0KT=0K.

9.5 Teoría de bandas de los sólidos

66 .

Para un cristal unidimensional, escriba el espaciamiento de la red (a) en términos de la longitud de onda del electrón.

67 .

¿Cuál es la principal diferencia entre un aislante y un semiconductor?

68 .

¿Cuál es la mayor longitud de onda para un fotón que puede excitar un electrón de valencia en la banda de conducción a través de una brecha energética de 0,80 eV?

69 .

Un electrón de valencia en un cristal absorbe un fotón de longitud de onda, λ=0,300nmλ=0,300nm. Es la energía suficiente para que el electrón salte de la banda de valencia a la banda de conducción. ¿Cuál es el tamaño de la brecha energética?

9.6 Semiconductores y dopaje

70 .

Se realiza un experimento para demostrar el efecto Hall. Una fina franja rectangular de semiconductor de 10 cm de anchura y 30 cm de longitud se fija a una batería y se sumerge en un campo de 1,50-T perpendicular a su superficie. Esto produjo un voltaje Hall de 12 V. ¿Cuál es la velocidad de deriva de los portadores de carga?

71 .

Supongamos que el área de la sección transversal de la franja (el área de la cara perpendicular a la corriente eléctrica) presentada en el problema anterior es de 1mm21mm2 y la corriente se mide independientemente para ser 2 mA. ¿Cuál es la densidad numérica de los portadores de carga?

72 .

Un cable de cobre conductor de corriente con sección transversal σ=2mm2σ=2mm2 tiene una velocidad de deriva de 0,02 cm/s. Halle la corriente total que circula por el cable.

73 .

El efecto Hall se demuestra en el laboratorio. Una fina franja rectangular de un semiconductor con una anchura de 5 cm y un área de sección transversal de 2mm22mm2 está conectada a una batería y sumergida en un campo perpendicular a su superficie. El voltaje Hall es de 12,5 V y la velocidad de deriva medida es de 50 m/s. ¿Cuál es el campo magnético?

9.7 Dispositivos semiconductores

74 .

Demuestre que para V menor que cero, InetaI0.InetaI0.

75 .

Un diodo p-n tiene una corriente de saturación inversa 1,44×10−8A1,44×10−8A. Está polarizado directamente por lo que tiene una corriente de 6,78×10−1A6,78×10−1A que se mueve a través de él. ¿Qué voltaje de polarización se aplica si la temperatura es de 300 K?

76 .

La corriente de colector de un transistor es de 3,4 A para una corriente de base de 4,2 mA. ¿Cuál es la ganancia de corriente?

77 .

Aplicando el extremo positivo de una batería al lado p y el extremo negativo al lado n de una unión p-n, la corriente medida es 8,76×10−1A8,76×10−1A. Si se invierte esta polaridad se obtiene una corriente de saturación inversa de 4,41×10−8A4,41×10−8A. ¿Cuál es la temperatura si el voltaje de polarización es de 1,2 V?

78 .

La corriente de base de un transistor es de 4,4 A, y su ganancia de corriente de 1126. ¿Cuál es la corriente de colector?

9.8 Superconductividad

79 .

¿A qué temperatura, en términos de TCTC, el campo crítico de un superconductor está a la mitad de su valor en T=0KT=0K?

80 .

¿Cuál es el campo magnético crítico para el plomo en T=2,8KT=2,8K?

81 .

Un alambre de Pb de 4,0 mm de diámetro fuertemente enrollado en un solenoide se enfría a una temperatura de 5,0 K. El alambre se conecta en serie con un resistor de 50-Ω50-Ω y una fuente variable de emf. Al aumentar la emf, ¿qué valor tiene cuando se destruye la superconductividad del hilo?

82 .

Un solenoide con un alambre fuertemente enrollado a 4,0 K tiene 50 cm de longitud y está construido con alambre de Nb de radio 1,5 mm. ¿Qué corriente máxima puede soportar el solenoide si el alambre debe permanecer superconductor?

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