FISICA ELECTRONICAUNIVERSIDAD NACIONAL DE PIURA 1.- Calcule la energía del electrón volts, de un fotón cuya frecuencia es a) 6.2 x 1014 Hz, b) 3.1 GHz, c) 46 MHz, d) Determine las longitudes de onda correspondientes a estos fotones. 2.- a) Suponiendo que un filamento de tungsteno de un foco eléctrico es un cuerpo negro, determine su longitud de onda pico y si su temperatura es 2900 k. b) ¿Por qué su respuesta al inciso a) sugiere que más energía de un foco se convierte en calor que en luz? 3.- Un transmisor de radio de FM tiene una salida de potencia de 150 kw y opera a una frecuencia de 99.7 MHz. ¿Cuántos fotones por segundo emite el transmisor? 4.- La potencia promedio generada por el Sol es igual a 3.74 x 10 26 W. Suponiendo que la longitud de onda promedio de la radiación solar sea de 500 nm, determine el número de fotones emitidos por el Sol, en 1 s. 5.- Un cuerpo negro a 7500 k tiene un agujero en él de 0.0500 mm de diámetro. Estime el número de fotones por segundo que salen por el agujero con longitudes de onda entre 500 nm y 501 nm. 5A.- Un cuerpo negro a temperatura T tiene un agujero en él diámetro d. Estime el número de fotones por segundo que salen por el agujero con longitudes de onda entre 1’ y 2. 6.- Una lámpara de vapor de sodio tiene una salida de potencia de 10 W. Empleando 589.3 nm como la longitud promedio de esta fuente, calcule el número de fotones emitidos por segundo. 7.- Utilizando la ley de desplazamiento de Wien, calcule la temperatura superficial de una estrella gigante roja que radia con una longitud de onda pico de 650 nm. 8.- El radio de nuestro Sol es 6.96 x 10 8 m, y su salida de potencia total corresponde a 3.77 x 10 26 W. a) Suponiendo que la superficie solar emite como un cuerpo negro ideal, calcule su temperatura superficial. b) Empleando el resultado del inciso a), encuentre la máx del Sol. 9.- ¿Cuál es la longitud de onda pico emitida por el cuerpo humano? Suponga una temperatura del cuerpo de 98.6°F y use la ley de desplazamiento de 1 LIC. RODRIGO LEANDRO NIMA MAZA RODRIGO LEANDRO NIMA MAZA . T) dada por la ley de radiación de Wien: I( .. el potencial de frenado es 70. Determine la temperatura superficial de esta estrella. si el metal potasio se ilumina con luz de 480 nm. 16. 15.. 17. Determine la función de trabajo para cada metal..54 V para radiación de 750 nm.24 eV. Encuentre la función de trabajo para el material. T ) 2hc2 5 e hc / kT 14.El ojo humano es más sensible a la luz de 560 nm ¿Qué temperatura de un cuerpo negro radiará más intensamente a esta longitud de onda? 12. Una estrella que se aleja de la Tierra a una velocidad v emite radiación que tiene una intensidad máxima a una longitud de onda .48 eV mayor que para el metal 2. 13.Un estudiante que analiza el efecto fotoeléctrico a partir de dos metales diferentes registra la siguiente información: i) el potencial de frenado para los fotoelectrones liberados en el metal 1 es 1.2 eV.. 12A.. 18. ¿En qué parte del espectro electromagnético se encuentra esta longitud de onda? 10.0% del que resulta cuando luz de 410 nm incide sobre la 2 LIC. T ) 2hc2 5 ehc / kB T 1 predice una reducción exponencial en I (.Un filamento de tungsteno se calienta hasta 800°C ¿Cuál es la longitud de onda de la radiación más intensa? 11. la ley de radiación de Planck I( .La función de trabajo para el potasio es 2.Muestre que a cortas longitudes de onda o bajas temperaturas.. la fotocorriente es interrumpida por un potencial de frenado de 0.En un experimento sobre el efecto fotoeléctrico.. Determine la temperatura superficial de esta estrella.280 c emite radiación que tiene una intensidad máxima a una longitud de onda de 500 nm. y ii) la frecuencia de corte para el metal 1 es 40% más pequeña que para el metal 2..Cuando luz de 445 nm incide sobre cierta superficie metálica..FISICA ELECTRONICA UNIVERSIDAD NACIONAL DE PIURA Wien. a) Determine la longitud de onda de corte y la frecuencia de corte para el efecto fotoeléctrico b) Calcule el potencial de frenado si la luz incidente tiene una longitud de onda de 180 nm.El molibdeno tiene una función de trabajo de 4.Una estrella que se aleja de la Tierra a 0. encuentre a) la energía cinética máxima de los fotoelectrones y b) la longitud de onda de corte. 58 19. RODRIGO LEANDRO NIMA MAZA . Con la intención de utilizar esta fuente para extraer fotoelectrones del metal. encuentre a) la máxima energía de los electrones emitidos.FISICA ELECTRONICA UNIVERSIDAD NACIONAL DE PIURA misma superficie metálica.4 V. 24. Con base en esta información y la siguiente tabla de funciones de trabajo. se le da una velocidad a la fuente hacia el metal.24 4. a) Explique por qué este procedimiento produce fotoelectrones. Determine el voltaje que será causado por la exposición del mismo fotodiodo a luz violeta (400 nm).El litio.1 nm).28 c.Dos fuentes se utilizan en un experimento fotoeléctrico para determinar la función de trabajo correspondiente a una superficie metálica particular.Una fuente luminosa que emite radiación a 7. determine a) cuál de ellos exhibe el efecto fotoeléctrico y b) la energía cinética máxima para el fotoelectrón en cada caso.. ¿Cuál es la función de trabajo del metal? c) Cuando la velocidad de la fuente luminosa se incrementa a 0. los fotoelectrones tienen velocidades hasta de 4.Si un fotodiodo se expone a luz verde (500 nm).Luz de 300 nm de longitud de onda incide sobre una superficie metálica.73 4.9 eV y 4. respectivamente.2V... adquiere el voltaje de 1.6 x 10 5 m/s.3 eV. ¿Cuáles son a) las funciones de trabajo y b) la frecuencia de corte para este metal? 21.90 c determine la máxima energía cinética de los fotoelectrones. b) la función de trabajo y c) la longitud de onda de corte. identifique el metal implicado en el experimento.5 eV.. los fotoelectrones empiezan a ser expulsados del metal. 22.5 nm)? 20. Metal Cesio Potasio Plata Tungsteno Función de trabajo (eV) 1. 23. Si el potencial de frenado para el efecto fotoeléctrico es 1.70 V reduce la fotocorriente a cero. un potencial de frenado de 1. el berilio y el mercurio tienen funciones de trabajo de 2.90 2. 3. b) Cuando la velocidad de la fuente luminosa es igual a 0. 3 LIC.0 x 10 14 Hz es incapaz de arrancar fotoelectrones de cierto metal. Si luz de 400 nm incide sobre cada uno de estos metales. a) Con base en esta mediación ¿Cuál es la función de trabajo para este metal? b) ¿Qué potencial de frenado se observaría al usar la luz amarilla de un tubo de descarga de helio ( = 587. Cuando se emplea luz verde de una lámpara de mercurio ( = 546...Cuando luz de 625 nm brilla sobre cierta superficie metálica. 200 nm de longitud de onda son dispersados en un bloque de carbono. Determine la longitud de onda del fotón dispersado.667 MeV dispersa a un electrón que está ligado a un núcleo con una energía de 150 keV.FISICA ELECTRONICA UNIVERSIDAD NACIONAL DE PIURA Fotón incidente retroceso Electrón de = 2 Fotón dispersado E’ 25.. 25A. 26. Este fotón dispersa después ’ otro electrón libre en B B produciendo un tercer fotón con ’’ longitud de onda ’’ que se mueve Electrón 2 en dirección directamente opuesta al fotón original..Rayos X de 0. 27. como en la figura. RODRIGO LEANDRO NIMA MAZA . Determine a) el ángulo de dispersión para el electrón y b) la velocidad final del electrón. Un fotón de energía E0 se dispersa por medio de un electrón libre de modo que el ángulo de dispersión del fotón es el doble del ángulo de dispersión del electrón.Un fotón que tiene una longitud de Electrón 1 onda dispersa a un electrón libre en A produciendo un segundo A fotón que tiene longitud de onda ’.Un rayo gama de 0. un fotón se desvía un ángulo de 90° y el electrón se desvía un ángulo de 20°. encuentre a) el corrimiento Compton y b) la energía cinética dada al electrón de retroceso. a) determine la energía y el momento del electrón de retroceso 4 LIC.. Si el fotón se desvía a un ángulo de 180°.En un experimento de dispersión Compton. 28. Determine el valor numérico de = ‘’ ..Un fotón de 0.70 MeV se dispersa por medio de un electrón libre de modo que el ángulo de dispersión del fotón es el doble del ángulo de dispersión del electrón.. 29. Determine a) el ángulo de dispersión para el electrón y b) la velocidad final del electrón. Si la radiación dispersada se detecta a 60°C respecto del haz incidente. ¿A qué ángulo (en relación con el haz incidente) se encuentra el electrón de retroceso? 35.Un fotón de 0. 33A...Un fotón de rayos X de 0. b) la energía de los rayos X dispersados y c) la energía del electrón de retroceso.FISICA ELECTRONICA UNIVERSIDAD NACIONAL DE PIURA después de que ha sido arrancado del átomo b) ¿Dónde aparece el momento faltante? 30. 31. b) la energía y momento del fotón dispersado y c) la energía cinética y el momento del fotón dispersado..500 nm se desvía 134° en un evento de dispersión Compton. RODRIGO LEANDRO NIMA MAZA . determine a) el corrimiento Compton a este ángulo .Un fotón de 0. 34.88 MeV es dispersado por un electrón libre inicialmente en reposo de manera tal que el ángulo de dispersión del electrón dispersado es igual al del fotón dispersado ( = en la figura 33). Encuentre el momento y la energía cinética del electrón. Fotón incidente f 0 0 Pc Electrón de retroceso Fotón dispersado f ’.Un fotón de 0. Después del choque el electrón se mueve hacia delante y el fotón retrocede.4 x 10 6 m/s.. ¿Para qué ángulo de dispersión (fotón) el electrón de retroceso y el fotón dispersado tienen la misma energía cinética? 5 LIC.80 nm dispersa a un electrón libre.. b) la energía y momento del fotón dispersado y c) la energía cinética y el momento del fotón dispersado.110 nm choca con un electrón estacionario. Si los rayos dispersados se detectan a 37° respecto de los rayos incidentes. a) ¿Cuál fue el corrimiento Compton en la longitud de onda del fotón? b) ¿Qué ángulo disperso el fotón? 32. el electrón retrocede a 1.0 33.Después de que un fotón de rayos X de 0.0016 nm se dispersa a partir de un electrón libre. Un fotón que tiene energía E0 es dispersado por un electrón libre inicialmente en reposo de manera tal que el ángulo de dispersión del electrón dispersado es igual al del fotón dispersado ( = en la figura 33). Determine a) los ángulos y .Rayos X que tienen una energía de 300 keV experimentan dispersión Compton en un blanco.. Determine a) los ángulos y . 43.. RODRIGO LEANDRO NIMA MAZA .Muestre que las longitudes de onda para la serie de Balmer satisfacen la ecuación 364.a) Construya un diagrama de niveles de energía para el ion He +.. para calcular el radio de la primera..a) Calcule la longitud de onda más corta en cada una de estas series espectrales del hidrógeno: Lyman. utilice el modelo de Bohr para calcular a) la velocidad orbital del electrón.Emplee la ecuación rn n2h2 mk ee2 n = 1... ¿a qué parte del espectro electromagnético correspondería la serie de Balmer? b) Repita para RH = 0.. Balmer.96 nm en las series de hidrógeno de Lyman? b) ¿Esta longitud de onda podría estar asociada a las series de Parchen o Brackett? 40.3... b) Calcule la energía (en electrón volts) del fotón de más alta energía producido en cada serie. lo hace en esa forma a 1269 nm.0 x 107 m1 .a) Suponga que la constante de Rydberg estuvo dada por R H = 2. para el cual Z = 2 b) ¿Cuál es la energía de ionización para el He +? 44.5 x 107 m-1.. 39.Para el átomo de hidrógeno en el estado base. Parchen y Brackett.FISICA ELECTRONICA UNIVERSIDAD NACIONAL DE PIURA 36. segunda y tercera órbitas de Bohr para el hidrógeno. La transición que ambas moléculas experimentan es la misma que la producida cuando absorben radiación de 1269 nm ¿Cuál es la longitud del fotón aislado que ocasiona esta doble transición? ¿Cuál es el color de esta radiación? 41. Aunque la molécula de oxígeno (O 2) no absorbe intensamente radiación visible. lo que significa que absorbe preferencialmente luz hacia el extremo rojo del espectro visible. b) su energía cinética (en electrón volts) y c) la energía potencial eléctrica (en electrón volts) del átomo.5n2 n2 4 nm donde n = 3.2.. 4. que es la región infrarroja del espectro. Las investigaciones han mostrado que es posible que dos moléculas de O 2 que choquen absorban un solo fotón. ….a) ¿Qué valor de n se asocia a la línea de 94.Un haz de luz monocromática es absorbido por una colección de átomos de hidrógeno en estado base de modo que es posible observar seis diferentes 6 LIC.El oxígeno líquido tiene un color azulado. 42. 37. 5. 38. compartiendo equitativamente se energía. ¿Cuál es la longitud de onda del haz incidente? 45.. ¿A qué velocidad se movían los átomos antes del choque? 46A. un electrón permanece en la órbita n = 2 por aproximadamente 10 s antes de saltar a la órbita n = 1 (estado base). Cada uno emite después un fotón de 121.Dos átomos de hidrógeno chocan frontalmente y terminan con energía cinética cero. RODRIGO LEANDRO NIMA MAZA .Un fotón se emite cuando un átomo de hidrógeno experimenta una transición del estado n = 6 al n = 2. a) Muestre que el periodo del electrón es T = 0n3 y determine el valor numérico de 0. 2. Cada uno emite después un fotón de longitud de onda ¿A qué velocidad se desplazaban los átomos antes del choque? 47.A continuación se brindan cuatro transiciones posibles para el átomo de hidrógeno (A) ni = 2. ¿Cuántas revoluciones efectúa el electrón antes de saltar al estado base? c) Si una revolución del electrón se define como un “año electrón” (análogo 7 LIC. nf = 3 (C) ni = 7.. que se mueve con velocidad constante. Dos átomos de hidrógeno chocan frontalmente y terminan con energía cinética cero. muestre que los rayos permitidos para la partícula son rn nh qB para n = 1. B. v.. sigue una trayectoria angular alrededor del centro de este círculo está cuantizado de manera que mvr = nh.¿Cuál es el radio de la primera órbita de Bohr en a) He +. b) En promedio..6 nm (una transición de n = 2 a n = 1). 3. nf = 7 a) ¿Cuál de las transiciones emite los fotones que tienen la longitud de onda más corta? b) ¿Para cuál transición el átomo gana la mayor cantidad de energía? c) ¿Para cuál (es) transición (es) el átomo pierde energía? 50.Una partícula de carga q y masa m.Un electrón está en la enésima órbita de Bohr del átomo de hidrógeno. Calcule a) la energía b) la longitud de onda y c) la frecuencia del fotón emitido.FISICA ELECTRONICA UNIVERSIDAD NACIONAL DE PIURA longitudes de onda cuando el hidrógeno regresa de nuevo al estado base. b) Li2+ y c) Be3+? 46.. … 49. nf = 5 (B) ni = 5.. 48. nf = 4 (D) ni = 4. perpendicular a un campo magnético constante. FISICA ELECTRONICA UNIVERSIDAD NACIONAL DE PIURA a que un año terrestre es una revolución de la Tierra alrededor del Sol).Determine la energía potencial y la energía cinética del electrón en el primer estado excitado del átomo de hidrógeno. ¿el electrón en la órbita n = 2 “vive” mucho? Explique d) ¿De qué manera el cálculo anterior sostiene el concepto de la “nube de electrones”? 51. 8 LIC. RODRIGO LEANDRO NIMA MAZA ..