FÍSICA CUÁNTICA PARA BACHILLERATO
FÍSICA MODERNA SIGLO XX
FÍSICA CUÁNTICA PARA 2º DE BACHILLERATO:
Junto con la Física Nuclear y Relatividad, son los contenidos de la parte denominada FÍSICA MODERNA:
SIGUE EL PROCESO DETERMINADO POR EL DESARROLLO DE LA ASIGNATURA DE FÍSICA DE 2º DE BACHILLERATO DE ESTE PROYECTO DE MEJORA DEL APRENDIZAJE EN CIENCIAS:
INTRODUCCIÓN DE FÍSICA CUÁNTICA PARA BACHILLERATO:
A este nivel pretendemos un cercamiento a esta nueva rama de la Física que nace a finales del siglo XIX y principios del XX como consecuencia de observar algunos fenómenos que no se podían explicar con la Física del momento.
Esos fenómenos son: los espectros atómicos, el efecto fotoeléctrico y la radiación térmica emitida por un cuerpo negro, entre otros.
Con respecto a los espectros atómicos y para no complicar mucho las cosas, es una especie de radiografía de los componentes de una determinada radiación. El espectro de la luz visible se pone de manifiesto en el arco iris.
Cuando quemamos alcohol al que le hemos puesto diferentes tipos de sales disueltas, se observa llamas de diferentes colores según la sal que se haya añadido.
La explicación de esto es que en cada elemento químico, como ya sabemos, los electrones se sitúan en diferentes niveles a diferentes distancias del núcleo, dependiendo del número que tengan entre otras cuestiones. Cuando estos electrones reciben energía pasan a niveles superiores de energía y al volver a su estado natural desprenden esa energía en algunos casos en forma de luz. El color de la luz depende de esos saltos de energía de los electrones.
Con respecto al efecto fotoeléctrico que es el fenómeno mediante el cual la luz al incidir sobre un metal le arranca electrones, que pueden incluso producir una corriente eléctrica, se observó que para que se produzca ese efecto hay que superar una frecuencia mínima, que depende del metal.
Con respecto a la radiación del cuerpo negro, se observa en la gráfica comportamientos que no explica la física clásica, un descenso de la radiación emitida a altas frecuencias que se denominó la catástrofe del ultravioleta.
Estas cosas es lo que intenta explicar la física cuántica. El punto de partida es la hipótesis de Plank.
VALORES DE CONSTANTES QUE SE USAN AL APLICAR ESTE TEMA:
h = 6,626·10 -34 J·s; me = 9,11·10 -31 kg ; mp = 1,66·10 -27; 1 eV = 1,6·10-19 J; qe = -1,6·10 -19 C.; c = 3·108 m/s.
Resolución de un ejercicio de Efecto Fotoeléctrico, al mismo tiempo que se realizan breves indicaciones teóricas sobre el uso de la ecuación del efecto fotoeléctrico, cuyo enunciado se muestra a continuación y previamente al enlace del material audiovisual.
EJERCICIO F2BE2759:
El trabajo de extracción del sodio es 2,5 eV. Si la longitud de onda incidente es de 3·10-7 m. ¿Se producirá extracción de electrones del sodio?
En caso afirmativo, hallar la velocidad máxima de los electrones emitidos por el efecto fotoeléctrico.
En caso negativo, hallar la frecuencia de la radiación incidente mínima necesaria para que se produzca el efecto fotoeléctrico.
DATOS: h = 6,63·10-34 J·s; 1eV = 1,602·10-19J; c = 3·108 m/s; me- = 9,1·10-31 kg
VÍDEO QUE RESUELVE EL EJERCICIO: https://youtu.be/5-XOB-RPXOw
EJERCICIO F2BE3208: PAU CANARIAS JUNIO 2025
Un haz de radiación electromagnética de longitud de onda 2·10-7 m incide sobre una superficie de aluminio. Si el trabajo de extracción del aluminio es 4,2 eV, calcule:
a) La energía cinética de los fotoelectrones emitidos y el potencial de frenado.
b) La longitud de onda umbral para el aluminio.
Datos: qe= –1,60⋅10–19 C; h=6,63·10–34 J·s; c=3·108 m/s; 1 eV= 1,60·10–19 J
IR AL ARTÍCULO CON LA RESOLUCIÓN PASO A PASO DE ESTE EJERCICIO: EJERCICIO RESUELTO F2BE3208, DE EFECTO FOTOELÉCTRICO. CUÁNTICA. PAU CANARIAS JUNIO 2025
EJERCICIO F2BE2565:
La frecuencia umbral del sodio es 6,05·1014 Hz. Si la longitud de onda incidente es de 1,5·10-8 m.
A.- ¿Se producirá extracción de electrones del sodio? Justificar la afirmación
B.1.- En caso afirmativo, hallar la velocidad máxima de los electrones emitidos por el efecto fotoeléctrico y la energía de la radiación incidente en eV.
B.2.- En caso negativo, hallar la frecuencia de la radiación incidente mínima necesaria para que se produzca el efecto fotoeléctrico y su energía en eV.
DATOS: h = 6,63·10-34 J·s; 1eV = 1,602·10-19J; c = 3·108 m/s; me- = 9,1·10-31 kg
IR A LA SOLUCIÓN PASO A PASO DEL EJERCICIO: EXAMEN FINAL FÍSICA 2º BACHILLERATO. EFECTO FOTOELÉCTRICO, ONDAS, ELECTROMAGNETISMO, GRAVITACIÓN, RELATIVIDAD, CUÁNTICA.
EJERCICIO F2BE2490:
Considerar una superficie metálica de Níquel, perfectamente pulida, para la que el trabajo de extracción vale 5,36 eV. Se desea emitir electrones con una energía cinética máxima de 1,64·10-15 J. Calcular:
a.- La frecuencia umbral del metal.
b.- La frecuencia que debe tener la luz incidente y su longitud de onda.
c.- La longitud de onda de De Broglie de los electrones emitidos.
d.- La velocidad de los electrones emitidos.
e.- La masa relativista de los electrones emitidos.
f.- ¿Son estos electrones de tipo relativista?
DATOS: h=6.63·10-34 J·s; c=3·108 m/s; me=9.11·10-31; 1 eV=1.6·10-19 J
IR AL ARTÍCULO CON LA RESOLUCIÓN DEL EJERCICIO: EXAMEN RESUELTO FÍSICA 2º BACHILLERATO. ONDAS, GRAVITACIÓN Y FÍSICA MODERNA
EJERCICIO F2BE3207:
Suponga dos partículas subatómicas A y B que poseen la misma energía cinética. Si la masa de la partícula B es 2000 veces mayor que la de la partícula A, determine la relación entre las longitudes de onda de De Broglie de ambas partículas.
IR AL ARTÍCULO CON LA RESOLUCIÓN PASO A PASO DE ESTE EJERCICIO: EJERCICIO RESUELTO F2BE3207, DE LONGITUD DE ONDA DE-BROGLIE. CUÁNTICA. PAU CANARIAS JUNIO 2025
EJERCICIO F2BE2530:
Determinar la energía cinética de un electrón cuya longitud de onda de De Broglie coincide con la longitud de onda de un fotón de energía 105 eV.
DATOS: h=6.63·10-34 J·s; c=3·108 m/s; me=9.11·10-31; 1 eV=1.6·10-19 J
IR AL ARTÍCULO CON LA RESOLUCIÓN PASO A PASO DE ESTE EJERCICIO Y OTROS DE INTERÉS PARA FÍSICA DE 2º DE BACHILLERATO: EXAMEN RESUELTO DE FÍSICA DE 2º DE BACHILLERATO: CAMPO ELECTROSTÁTICO, MAGNÉTICO, ONDAS, RELATIVIDAD, CUÁNTICA, ÓPTICA Y DEFECTOS DEL OJO.
EJERCICIO F2BE3107:
El trabajo de extracción del sodio es 2,5 eV. Si la longitud de onda incidente es de 6·10-7 m. ¿Se producirá extracción de electrones del sodio?
En caso afirmativo, hallar la velocidad máxima de los electrones emitidos por el efecto fotoeléctrico.
En caso negativo, hallar la frecuencia de la radiación incidente mínima necesaria para que se produzca el efecto fotoeléctrico.
DATOS: h = 6,63·10-34 J·s; 1eV = 1,602·10-19J; c = 3·108 m/s; me- = 9,1·10-31 kg
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EJERCICIO F2BE3156:
La frecuencia umbral de cierto metal es 8,8·1014 s-1. Si se ilumina con luz cuya longitud de onda es 2536 A, argumentar si se producirá extracción de electrones.
En caso afirmativo, obtener la energía cinética de los electrones emitidos.
En caso negativo, hallar la longitud de onda máxima de la radiación incidente necesaria para que se produzca efecto fotoeléctrico.
DATOS: h = 6,63·10-34 J·s; 1eV = 1,602·10-19J; c = 3·108 m/s; me- = 9,1·10-31 kg; 1 A =10-10 m
IR AL ARTÍCULO CON LA SOLUCIÓN DEL EJERCICIO: EXAMEN FINAL DE FÍSICA RESUELTO, PARA 2º DE BACHILLERATO. MAYO 2025. GRAVITATORIO, ELÉCTRICO, ONDULATORIO, ÓPTICA Y MODERNA
EJERCICIO F2BE3217: PAU CANARIAS JULIO 2025
Se ilumina una medalla de oro y una de plata de los Juegos Olímpicos de París, con luz de 250 nm y una intensidad de 10 W/m², que es la radiación ultravioleta más energética del espectro solar que llega a la superficie de la Tierra. El trabajo de extracción (o función trabajo) del oro y la plata es 5,10 eV y 4,73 eV, respectivamente. Calcule:
a) La frecuencia y la energía de un fotón de la luz incidente.
b) La velocidad de los electrones emitidos para cada medalla en caso de producirse efecto fotoeléctrico. ¿Cambiarían las conclusiones si se duplicara la intensidad de la radiación incidente? Razone la respuesta.
Datos: 1 eV = 1,60·10 -19 J; h = 6,63·10-34 J·s; me = 9,11·10-31 kg; c = 3·108 m/s.
IR AL ARTÍCULO CON LA RESOLUCIÓN PASO A PASO DEL EJERCICIO: EJERCICIO RESUELTO F2BE3217, DE EFECTO FOTOELÉCTRICO. CUÁNTICA. PAU CANARIAS JULIO 2025
APUNTES DE CUÁNTICA:
100 CUANTICA V5