Act 12: Lección evaluativa 3Question1Puntos: 1

Referencias: El texto lectura esta compuesta por diferentes fragmentos del libro Física 1 de Resnick

Resnick, R., Halliday, D., & Krane, K. S. (1992). FÍSICA VOL 1. (4th ed., p. 653).

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. 2106 K

c. 6873 K

d. 4212 K

Question2Puntos: 1

Seleccione una respuesta.

a. 2,20x10^(-19)J

b. 1,72x10^(-19)J

c. 3,16x10^(-19)J

d. 4,10x10^(-19)J

Question3Puntos: 1

Espectros atómicosEn 1898 Thomson había descubierto el electrón, partícula de masa en reposo muy pequeña de valor   y con una carga elemental igual a  . El átomo contenía además carga positiva ya que son regularmente neutros. El problema era saber como era la distribución dentro del átomo de estas cargas. Thomson propuso un módelo conocido como "pudín de ciruela ". El modelo era que los electrones cargados negativamente estaban localizados dentro de una distribución continúa de carga positiva.Los electrones deberían 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 deberían 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 predecia 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 partícular, 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:

 llamada distribución de Boltzmann.En 1911, Ernest Rutherford a partir de los experimentos de dispersión de partículas   a través de laminas delgadas comprobo la invalidez del modelo de Thomson, se encontro que la carga positiva esta confinada en una región muy pequeña del átomo, descubriendo el núcleo atómico. Rutherford sugirió el módelo planetario, donde el átomo consiste de un núcleo muy pequeño pero masivo (del orden de  m) que tiene una carga positiva  , donde   es el número atómico. Alrededor de esta región central están localizados los electrones  del átomo neutro. El diámetro de un átomo es alrededor de  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 perdería energía y estaría "cayendo" al núcleo, cambiando de orbitas y variando la frecuencia de forma continua. Ninguno de los anteriores hechos se presentan, 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:

Las lineas espectrales del átomo de Hidrógeno se clasifican en series, cual de las siguientes no es:

Seleccione una respuesta.

a. Pfundt

b. Brackett

c. Lyman

d. Planck

Question4Puntos: 1

Referencias: 

El texto lectura esta tomado de:

Mejía Cortes, G. A. (2009). FÍSICA MODERNA. (Unad, Ed.) (pp. 1–115). Bogotá.

Las imágenes son tomadas del simulador virtual:

Aplicación en Java, Ron LeMaster (developer), Sam McKagan, Kathy Perkins , Carl Wieman, Interviewer: Danielle Harlow [http://phet.colorado.edu/en/simulation/photoelectric]

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:

Al pasar de la configuración   a la  :

Seleccione una respuesta.

a. Se mantiene la energía cinética máxima de los electrones desprendidos; aunque el número de electrones desprendidos disminuye

b. Se mantiene la energía cinética máxima de los electrones desprendidos, aunque el número de electrones desprendidos aumenta.

c. Disminuye la energía cinética máxima de los electrones desprendidos, aunque el número de electrones desprendidos aumenta

d. Disminuye la energía cinética máxima de los electrones desprendidos, aunque el número de electrones desprendidos disminuye

Question5Puntos: 1

Radiación del cuerpo negro y formula de PlanckLa radiación (emisión de ondas electromagnéticas) de calor se estudia con ayuda de la termodinámica por que 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   y   de un área unitaria de la superficie a una temperatura absoluta   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 radiancia 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, calcularón 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 volumén de lados  ,   y  , es decir   en el intervalo de frecuencias   hasta  ; 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 volumén en el intervalo de frecuencias   y   dando la densidad de energía:   y por supuesto  .

La expresión a la que llegaron:

,se le llamo formula de Rayleigh-Jeans.

Como para altas frecuencias esta fórmula discrepaba de los resultados experimentales, Planck consideró que se podía violar la ley de equipartición de energía. El supuso que la energía podía tomar solamente los valores:

donde   y 

Con este cambio llego a la fórmula: Formula que se ajustó perfectamente a los hechos experimentales.

Debe destacarse que Planck no alteró la distribución de Boltzmann, solamente consideró 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   que satisfacen la relación

donde   es la frecuencia de la oscilación y   es una constante universal. 

Un método para hallar la radiancia del cuerpo negro es:

Seleccione una respuesta.

a. Dividir el poder emisivo para todas las frecuenas o longitudes de onda

b. Derivar el poder emisivo para todas las frecuenas o longitudes de onda

c. Realizar un experimento en la universidad

d. integrar el poder emisivo para todas las frecuencias o longitudes de onda

Question6Puntos: 1

Seleccione una respuesta.

a. 2,20x10^(-19)J

b. 1,72x10^(-19)J

c. 3,16x10^(-19)J

d. 4,10x10^(-19)J

Question7Puntos: 1

Referencias: 

El texto lectura esta tomado de:

Mejía Cortes, G. A. (2009). FÍSICA MODERNA. (Unad, Ed.) (pp. 1–115). Bogotá.

Las imágenes son tomadas del simulador virtual:

Aplicación en Java, Ron LeMaster (developer), Sam McKagan, Kathy Perkins , Carl Wieman, Interviewer: Danielle Harlow [http://phet.colorado.edu/en/simulation/photoelectric]

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 

b. Al pasar de la configuración   a la 

c. Al pasar de la configuración   a la 

d. Al pasar de la configuración   a la 

Question8Puntos: 1

Radiación del cuerpo negro y formula de PlanckLa radiación (emisión de ondas electromagnéticas) de calor se estudia con ayuda de la termodinámica por que 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   y   de un área unitaria de la superficie a una temperatura absoluta   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 radiancia 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, calcularón 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 volumén de lados  ,   y  , es decir   en el intervalo de frecuencias   hasta  ; 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 volumén en el intervalo de frecuencias   y   dando la densidad de energía:   y por supuesto  .La expresión a la que llegaron:

,se le llamo formula de Rayleigh-Jeans.

Como para altas frecuencias esta fórmula discrepaba de los resultados experimentales, Planck consideró que se podía violar la ley de equipartición de energía. El supuso que la energía podía tomar solamente los valores:

donde   y 

Con este cambio llego a la fórmula: Formula que se ajustó perfectamente a los hechos experimentales.

Debe destacarse que Planck no alteró la distribución de Boltzmann, solamente consideró 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   que satisfacen la relación

donde   es la frecuencia de la oscilación y   es una constante universal. 

La radiancia del cuerpo negro es:

Seleccione una respuesta.

a. Es la energía irradiada en la unidad de tiempo y en la unidad de frecuencia.

b. Es la energía por unidad de angulo sólido en la unidad de frecuencia

c. Cero, por que el cuerpo negro no irradia

d. la integral del poder emisivo del cuerpo negro para todas las frecuencias o longitudes de onda.

Question9Puntos: 1

Referencias: 

El texto lectura esta tomado de:

Mejía Cortes, G. A. (2009). FÍSICA MODERNA. (Unad, Ed.) (pp. 1–115). Bogotá.

Las imágenes son tomadas del simulador virtual:

Aplicación en Java, Ron LeMaster (developer), Sam McKagan, Kathy Perkins , Carl Wieman, Interviewer: Danielle Harlow [http://phet.colorado.edu/en/simulation/photoelectric]

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:

Al pasar de la configuración   a la  :

Seleccione una respuesta.

a. El número de electrones desprendidos se mantiene, pero la energía cinética máxima de estos electrones se mantiene

b. El número de electrones desprendidos aumenta, pero la energía cinética máxima de estos electrones se mantiene

c. El número de electrones desprendidos aumenta, pero la energía cinética máxima de estos electrones disminuye.

d. El número de electrones desprendidos se mantiene, pero la energía cinética máxima de estos electrones disminuye.

Question10Puntos: 1

Efecto fotoelectrico y ecuación de SchrödinguerEl postulado de Planck rapidamente se adopto para explicar otros fenómenos como fue el caso del efecto fotoeléctrico, trabajo realizado por Einstein, dicho efecto tiene las siguientes conclusiones:?

El número de fotoelectrones es proporcional a la intensidad de la luz incidente.

La energía cinética máxima de los electrones depende de la frecuencia y no de la intensidad de la luz.

La energía cinética máxima esta relacionada linealmente con la frecuencia  . El potencial de frenado   depende de la función de trabajo  Existe una frecuencia umbral   por debajo de la cual no ocurre el efecto. El efecto empieza sin retardo cuando   aún para luz de poca intensidad.

Igualmente el postulado de Planck, sirvio como base para Bohr enunciará su modelo atómico, el cual sirvio para explicar el espectro del átomo de hidrógeno pero no sirvio para otros átomos. Para entender y calcular los espectros de los demás átomos se necesita resolver la ecuación de Schrödinguer, que para una

dimensión es de la forma: 

Del efecto fotoeléctrico se puede extraer la siguiente conclusión:

Seleccione una respuesta.

a. El número de fotoelectrones es proporcional a la frecuencia de la señal incidente.

b. El número de fotoelectrones es proporcional a la intensidad de la luz incidente.

c. El número de fotoelectrones es proporcional a al función de trabajo.

d. El número de fotoelectrones no es proporcional a la intensidad de la luz incidente.

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Act 13: Quiz 3Question1Puntos: 1

Suponiendo que la temperatura del Sol en su superficie es de aproximadamente  , determine la longitud de onda, donde el poder emisivo alcanza un máximo.

Seleccione una respuesta.

a. 

b. 

c. 

d. 

Question2Puntos: 1

Contexto: Este tipo de pregunta se desarrolla en torno a un (1) enunciado y cuatro (4) opciones de respuesta (A, B, C, D). Solo una (1) de estas opciones responde correctamente a la pregunta

Enunciado: Todas las series del espectro del átomo de Hidrogeno pueden escribirse como w (w depende de m y de n), donde m toma el valor de 1 para la serie de Lyman, 2 para la de Balmer, tres para la de Paschen, 4 para la de Brackett y 5 para la de Pfundt. Teniendo en cuenta la constante de Rydberg (R) = 2,07x(10^16)(1/s). Para un valor de m dado, n puede tomar todos los valores enteros comenzando por m+1.

Calcule la frecuencia w de la primera línea espectral para la serie de Paschen.

w1, w2, w3 y w4, son diferentes cálculos realizados indique cual es el valor correcto según la pregunta realizada.

Seleccione una respuesta.

a. W4

b. W1

c. W3

d. W2

Question3Puntos: 1

Aplicando el modelo de Rutherford, se puede hallar el radio de la órbita del electrón si se conoce el valor de la energía de enlace, por eso considerando que esta energía del electrón es de  , calcule la longitud de onda. 

Seleccione una respuesta.

a. 

b. 

c. 

d. 

Question4Puntos: 1

Para la serie de Balmer donde    Calcule las longitudes de onda 

Seleccione una respuesta.

a. 

b. 

c. 

d. 

Question5Puntos: 1

Contexto: Este tipo de pregunta se desarrolla en torno a un (1) enunciado y cuatro (4) opciones de respuesta (A, B, C, D). Solo una (1) de estas opciones responde correctamente a la pregunta

Enunciado: Una de las principales conclusiones del efecto fotoeléctrico es

Seleccione una respuesta.

a. Todas las opciones son correctas

b. Se evidencia la naturaleza corpuscular (comportamiento de partícula) de la luz

c. Se evidencia la naturaleza ondulatoria de la luz.

d. Se evidencia la naturaleza atómica de la luz

Question6Puntos: 1

Contexto: Este tipo de pregunta se desarrolla en torno a un (1) enunciado y cuatro (4) opciones de respuesta (A, B, C, D). Solo una (1) de estas opciones responde correctamente a la pregunta

Enunciado: Todas las series del espectro del átomo de Hidrogeno pueden escribirse como w (w depende de m y de n), donde m toma el valor de 1 para la serie de Lyman, 2 para la de Balmer, tres para la de Paschen, 4 para la de Brackett y 5 para la de Pfundt. Teniendo en cuenta la constante de Rydberg (R) = 2,07x(10^16)(1/s). Para un valor de m dado, n puede tomar todos los valores enteros comenzando por m+1.

Calcule la frecuencia w de la primera línea espectral para la serie de Pfundt.

w1, w2, w3 y w4, son diferentes cálculos realizados indique cual es el valor correcto según la pregunta realizada.

Seleccione una respuesta.

a. W4

b. W3

c. W1

d. W2

Question7Puntos: 1

Contexto: Este tipo de pregunta se desarrolla en torno a un (1) enunciado y cuatro (4) opciones de respuesta (A, B, C, D). Solo una (1) de estas opciones responde correctamente a la pregunta

Enunciado: Una de las principales conclusiones del efecto fotoeléctrico es

Seleccione una respuesta.

a. El potencial de frenado máximo de los electrones depende a la intensidad de la luz incidente

b. El potencial de frenado máximo de los electrones depende a la función de trabajo

c. El potencial de frenado máximo de los electrones depende a la frecuencia incidente

d. Todas las opciones son correctas

Question8Puntos: 1

Contexto: Este tipo de pregunta se desarrolla en torno a un (1) enunciado y cuatro (4) opciones de respuesta (A, B, C, D). Solo una (1) de estas opciones responde correctamente a la pregunta

Enunciado: Todas las series del espectro del átomo de Hidrogeno pueden escribirse como w (w depende de m y de n) , donde m toma el valor de 1 para la serie de Lyman, 2 para la de Balmer, tres para la de Paschen, 4 para la de Brackett y 5 para la de Pfundt. Teniendo en cuenta la constante de Rydberg (R) = 2,07x(10^16)(1/s). Para un valor de m dado, n puede tomar todos los valores enteros comenzando por m+1.

Calcule la frecuencia w de la primera línea espectral para la serie de Brackett.

w1, w2, w3 y w4, son diferentes cálculos realizados indique cual es el valor correcto según la pregunta realizada.

Seleccione una respuesta.

a. W4

b. W1

c. W3

d. W2

Question9Puntos: 1

A partir del modelo de Thomson del átomo de Hidrogeno y considerando que el radio atómico tiene un valor

de  , calcule la frecuencia de oscilación de dicho electrón si el punto de equilibrio es el centro de la esfera.

Seleccione una respuesta.

a. 

b. 

c. 

d. 

Question10Puntos: 1

Contexto: Este tipo de pregunta se desarrolla en torno a un (1) enunciado y cuatro (4) opciones de respuesta (A, B, C, D). Solo una (1) de estas opciones responde correctamente a la pregunta

Enunciado: Todas las series del espectro del átomo de Hidrogeno pueden escribirse como w (w depende de m y de n), donde m toma el valor de 1 para la serie de Lyman, 2 para la de Balmer, tres para la de Paschen, 4 para la de Brackett y 5 para la de Pfundt. Teniendo en cuenta la constante de Rydberg (R) = 2,07x(10^16)(1/s). Para un valor de m dado, n puede tomar todos los valores enteros comenzando por m+1.

Calcule la frecuencia w de la primera línea espectral para la serie de Balmer.

w1, w2, w3 y w4, son diferentes cálculos realizados indique cual es el valor correcto según la pregunta realizada.

Seleccione una respuesta.

a. W1

b. W3

c. W4

d. W2

Question11Puntos: 1

Aplicando el modelo de Rutherford, se puede hallar el radio de la órbita del electrón si se conoce el valor de la energía de enlace, por eso considerando que esta energía del electrón es de  , calcule la frecuencia con que giraría. 

Seleccione una respuesta.

a. 

b. 

c. 

d. 

Question12Puntos: 1

Contexto: Este tipo de pregunta se desarrolla en torno a un (1) enunciado y cuatro (4) opciones de respuesta (A, B, C, D). Solo una (1) de estas opciones responde correctamente a la pregunta

Enunciado: Una de las principales conclusiones del efecto fotoeléctrico es

Seleccione una respuesta.

a. El número de fotoelectrones depende de la función de trabajo

b. El número de fotoelectrones depende de la intensidad de la luz incidente

c. Todas las opciones son correctas

d. El número de fotoelectrones depende de la frecuencia incidente

Question13Puntos: 1

Aplicando la ley de Stefan-Boltzmann calcule la radiancia para la temperatura de  

Seleccione una respuesta.

a. 

b. 

c. 

d. 

Question14Puntos: 1

Calcule la longitud de onda que corresponde al máximo del poder emisivo para las siguientes temperaturas 

Seleccione una respuesta.

a. 

b. 

c. 

d. 

Question15Puntos: 1

Contexto: Este tipo de pregunta se desarrolla en torno a un (1) enunciado y cuatro (4) opciones de respuesta (1, 2, 3, 4). Solo dos (2) de estas opciones responden correctamente a la pregunta de acuerdo con la siguiente información.

Enunciado: A partir de los fenómenos de la radiación del cuerpo negro, y el efecto fotoeléctrico, se puede concluir que:1. La luz ó la radiación electromagnética presenta propiedades ondulatorias

2. La luz ó la radiación electromagnética presentan propiedades corpusculares

3. La luz y la radiación electromagnética son fenómenos netamente ondulatorios

4. La luz y la radiación electromagnética son dos fenómenos diferentes

Seleccione una respuesta.

a. La opción 1 y 3 son correctas

b. La opción 1 y 2 son correctas

c. La opción 3 y 4 son correctas

d. La opción 2 y 4 son correctas

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