unidad 6

Unidad 6 FÍSICA Y TECNOLOGÍA CONTEMPORÁNEAS

6.3 Espectros de emisión y absorción de gases 

Cada átomo es capaz de emitir o absorber radiación electromagnética, aunque solamente en alunas frecuencias que son características propias de cada uno de los diferentes elementos químicos.

Espectro de absorción: se presenta cuando un solido incandescente se encuentra rodeado por un gas mas frió, el espectro resultante muestra un fondo interrumpido por espacios oscuros denominados lineas de absorción, porque el gas ha absorbido de la luz aquellos colores que este irradia por si mismo. Suele ocurrir que unos cuerpos absorben solo la radiación de unas determinadas longitudes de onda y no aceptan absorber otras de otras longitudes, por lo que cada cuerpo, cada elemento químico en practica, tiene su propio espectro de absorción, el cual se corresponde con su espectro de emisión, al igual como si fuera el negativo con el positivo de una película. 

Espectro de emisión: mediante suministro de energía calorífica, se estimula un determinado elemento en su fase gaseosa, sus átomos emiten radiación en ciertas frecuencias del visible, que constituyen su espectro de emisión. Ninguno de estos se repite. Por ejemplo, algunos de ellos lo hacen en el infrarrojo y otros cuerpos no. Ello depende de la constitución especifica de cada cuerpo, ya que cada uno de los elementos químicos tiene su propio espectro de emisión. 

6.2 Cuantizacion de la energía y efecto fotoeléctrico

Unidad 6 FÍSICA Y TECNOLOGÍA CONTEMPORÁNEAS

 6.2 Cuantizacion de la energía y efecto fotoeléctrico 

El efecto fotoeléctrico es un fenómeno muy popular en física, especialmente porque fue gracias al cual Einstein ganó el premio Nobel de física en 1921 (y no por la teoría de la relatividad, como muchos piensan.) Se trata de una de las formas en las que la luz interactúa con la materia; en particular, cuando incide un haz sobre un metal, algunos electrones son emitidos con diferentes energías. El fenómeno ya había sido observado en 1839 por Becquerel, pero no fue hasta fines del siglo XIX y los primeros años del XX que se comenzó a estudiar en profundidad.

Un metal puede ser pensado como una serie de núcleos que tienen electrones a su alrededor. Los electrones que estén más lejos del núcleo se podrán mover prácticamente libremente; estos son los electrones que transmiten la corriente eléctrica, por ejemplo. Sin embargo a estos electrones les falta un poco de energía para poder salir del metal y esta energía puede ser provista por un rayo de luz. La peculiaridad de los experimentos que se realizaron a fines de 1800 es que no respondían a las predicciones teóricas y no había forma de salvar estas contradicciones; fue este simple experimento el que desató, años más tarde el Clásica Vs. Cuántica, con Einstein como uno de sus propulsores.
La luz puede ser pensada como una onda que se propaga, al igual que el movimiento de la superficie del agua luego de arrojar una piedra sobre ella. Este movimiento tendrá dos características fundamentales: la amplitud y la frecuencia; es decir que tan alta es la onda y que tan seguido se producen. En el caso de la luz, la amplitud determina lo que se llama Intensidad. Clásicamente lo que se pensaba era que las ondas podían entregar energía a los electrones del metal paulatinamente, hasta que alcanzaran el nivel suficiente para ser desprendidos de la superficie. Esto quiere decir que cuanto más intensa fuera la luz, los electrones arrancados deberían poseer más energía (deberían haber recibido más energía del rayo luminoso.) Sin embargo experimentalmente se observó que la energía de los electrones eyectados del metal era independiente de la intensidad de la luz que recibían, pero que variaba con la frecuencia.
En este momento es cuando entra en juego la teoría de Planck de radiación de cuerpo negro. Planck había propuesto que la energía de una onda no dependía de su amplitud, sino más bien de su frecuencia y que era directamente proporcional una con otra. Einstein tomó este hecho y elaboró su teoría encima de él. Lo que propuso fue que la luz que llegaba al metal, tenía una dada energía, que dependía de su frecuencia (equivalentemente de su color, o longitud de onda), que le podía entregar TODA su energía a los electrones, pero no una parte, y que el electrón no podía acumular esa energía que recibía: o era liberado o no pasaba nada. De esa forma fue que surgió la cuantización de la energía y de las ondas de luz: se puede pensar que la luz son pequeños paquetes (fotones) que al impactar contra un electrón le ceden o toda su energía o nada. Si esa energía fue suficiente para el electrón escapar del metal, podrá ser detectado, más aún, la energía con la que saldrá es directamente proporcional a la frecuencia de la onda que incidió. Además se observa que la intensidad de la luz, sólo contribuye al número de electrones que son liberados por segundo, pero no a su energía.

Unidad 6 FÍSICA Y TECNOLOGÍA CONTEMPORÁNEAS 

6.1 Crisis de la física clásica y origen de la física cuántica

La crisis de la Física clásica a comienzos del siglo XX está relacionada con la
imposibilidad de detectar un sistema de referencia en reposo absoluto - que va a dar lugar
alnacimiento de la teoria de la Realtividad - y con problemas relacionados con la emisión y
absorción de ondas electromagnéticas y que, de forma coincidente, iban también a exigir un
cambio profundo en dichas concepciones clásicas.
Dichos problemas son: el efecto fotoeléctrico -liberación de electrones por superficies
iluminadas- y los espectros discontinuos de los gases.
Es preciso referirnos a un tercer problema - aunque su mayor complejidad no recomienda su
estudio a este nivel-, el relativo a la interpretación de los espectros continuos emitidos por
sólidos y líquidos incandescentes.
Estos problemas originaron la crisis de la Física clásica, marcando sus límites de validez, y
pusieron en evidencia la necesidad de profundos cambios en ella. Aunque los primeros aparecen
históricamente como retoques, es decir, como hipótesis parciales que rectificaron el edificio
teórico existente, pronto se vio la necesidad de un replanteamiento global, elaborándose un
nuevo marco conceptual que conocemos como Física cuántica.
De acuerdo con ello desarrollaremos el tema según el siguiente hilo conductor: 

El origen de la Teoría Cuántica 

¿Qué pretendía explicar, de manera tan poco afortunada, la Ley de Rayleigh-Jeans (1899)? Un fenómeno físico denominado radiación del cuerpo negro, es decir, el proceso que describe la interacción entre la materia y la radiación, el modo en que la materia intercambia energía, emitiéndola o absorbiéndola, con una fuente de radiación. Pero además de la Ley de Rayleigh-Jeans había otra ley, la Ley de Wien (1893), que pretendía también explicar el mismo fenómeno. 

La Ley de Wien daba una explicación experimental correcta si la frecuencia de la radiación es alta, pero fallaba para frecuencias bajas. Por su parte, la Ley de Rayleigh-Jeans daba una explicación experimental correcta si la frecuencia de la radiación es baja, pero fallaba para frecuencias altas. 

En 1900, Max Planck puso la primera piedra del edificio de la Teoría Cuántica. Postuló una ley (la Ley de Planck que explicaba de manera unificada la radiación del cuerpo negro, a través de todo el espectro de frecuencias.La crisis de la Física clásica a comienzos del siglo XX está relacionada con la
imposibilidad de detectar un sistema de referencia en reposo absoluto y con problemas relacionados con la emisión y absorción de ondas electromagnéticas y que, de forma coincidente, iban también a exigir un cambio profundo en dichas concepciones clásicas.
La crisis de la Física clásica a comienzos del siglo XX está relacionada con la
imposibilidad de detectar un sistema de referencia en reposo absoluto - que va a dar lugar
alnacimiento de la teoria de la Realtividad - y con problemas relacionados con la emisión y
absorción de ondas electromagnéticas y que, de forma coincidente, iban también a exigir un cambio profundo en dichas concepciones clásicas.
Dichos problemas son: el efecto fotoeléctrico -liberación de electrones por superficies
iluminadas- y los espectros discontinuos de losgases.
Es preciso referirnos a un tercer problema - aunque su mayor complejidad no recomienda su estudio a este nivel-, el relativo a la interpretación de los espectros continuos emitidos por sólidos y líquidos incandescentes.
Estos problemas originaron la crisis de la Física clásica, marcando sus límites de validez, y pusieron en evidencia la necesidad de profundos cambios en ella. Aunque los primerosaparecen históricamente como retoques, es decir, como hipótesis parciales que rectificaron el edificio

teórico existente, pronto se vio la necesidad de un replanteamiento global, elaborándose un nuevo marco conceptual que conocemos como física .

 

Sesión 32 Física y tecnología contemporáneas

SEMANA11 SESIÓN 32	Física 2 UNIDAD 6: FÍSICA Y TECNOLOGÍA CONTEMPORÁNEAS
contenido temático	6.2 Cuantización de la energía y efecto fotoeléctrico. 6.3 Espectros de emisión y absorción de gases.

Aprendizajes esperados del grupo	Conceptuales Describe el efecto fotoeléctrico Describe algunos espectros de emisión y absorción. Procedimentales ·       Elaboración de actividades de laboratorio. ·       Presentación en equipo Actitudinales Cooperación, responsabilidad respeto y tolerancia, contribuirá al trabajo en un ambiente de confianza.
Materiales generales	Computo: -          PC, Conexión a internet De proyección: -          Cañón Proyector Programas: -           Moodle, Google docs, correo electronico, Excel, Word, Power Point. Didáctico: -          Presentación en Power Point; examen diagnóstico, programa del curso. De Laboratorio: Tubos de descarga, Hidrogeno, Helio, Nitrógeno, Oxigeno, Neón, Argón, Kriptón, fuente de poder, espectroscopio o lentes de difracción.
Desarrollo del proceso	FASE DE APERTURA -          El Profesor  hace la presentación de las preguntas: Preguntas ¿En qué consiste la cuantización de la energía? ¿En qué consiste el efecto fotoeléctrico? ¿Cuáles son las aplicaciones del efecto fotoeléctrico? ¿Qué son los espectros de emisión? ¿Qué son los espectros de  absorción? ¿Cuáles son las aplicaciones de los espectros de emisión y absorción? Equipo 1 4 6 2 5 3 Respuesta Planck postuló en 1900 que la energía absorbida o emitida por la materia no es continua (no se puede absorber o emitir cualquier cantidad de energía), sino que se transfiere en unidades elementales de energía, cuantos de energía o fotones. La energía de un fotón es , donde  es la constante de Planck (6,62 10-34 Js) y  es la frecuencia de la energía radiante absorbida o emitida. Consiste en la emisión de electrones por un material al incidir sobre él una radiación electromagnética. A veces se incluyen en el término otros tipos de interacción entre la luz y la materia. Fotoconductividad. Es el aumento de la conductividad eléctrica de la materia o en diodos provocado por la luz. Gracias al efecto fotoeléctrico se volvió posible el cine hablado, así como la transmisión de imágenes animadas (televisión). El empleo de aparatos fotoeléctricos permitió construir maquinarias capaces de producir piezas sin intervención alguna del hombre. Los aparatos cuyo funcionamiento se asienta en el aprovechamiento del efecto fotoeléctrico, controlan el tamaño de las piezas mejor de lo que podría hacerlo cualquier operario, permitiendo encender y apagar automáticamente la iluminación de calles, faroles, etc. Todo esto se volvió posible debido a la invención de aparatos especiales llamados Células Fotoeléctricas, donde la energía de la luz, controla la energía de la corriente eléctrica o se transforma en corriente eléctrica.  Aplicación del Efecto Fotoeléctrico | La guía de Física http://fisica.laguia2000.com/energia/aplicacion-del-efecto-fotoelectrico#ixzz44Ulof2N6 Es un conjunto de frecuencias de las ondas electromagnéticas emitidas por átomos de es elemento, en estado gaseoso, cuando se le comunique energía. El espectro de emisión de cada elemento es único y puede ser usado para determinar si ese elemento es parte de un compuesto desconocido. El espectro de absorción de un material muestra la fracción de la radiación electromagnética incidente que un materialabsorbe dentro de un rango de frecuencias. Es, en cierto sentido, el opuesto de un espectro de emisión. Cada elemento químico posee líneas de absorción en algunas longitudes de onda, hecho que está asociado a las diferencias de energía de sus distintos orbitales atómicos.  1.- Identificar moléculas, iones, o elementos en un compuesto o solución dado, pues cada molécula, ion o elemento tiene un espectro de emisión y otro de absorción únicos 2.- Determinar la concentración de moléculas, iones o elementos en una solución, En química puedes determinar sustancias en mezclas, así como resultados de experimentos, para ver la calidad de pureza de alguna sustancia recién sintetizada, ya que comparas el espectro de la sustancia que hiciste con el espectro de la sustancia pura, y los picos que te sobren son impurezas.  En medicina te sirve para determinar concentraciones de sustancias químicas en sangre u orina para legar a un diagnóstico, como colesterol, triglicéridos, etc.  En astronomía sirve para ver la composición química de las estrellas, analizando la luz que emiten.  -          Los alumnos en equipo, discuten y escriben sus respuestas en el cuadro, utilizando el procesador de palabras: -          Se realiza una discusión en el grupo, mediada por el Profesor para consensar las respuestas. FASE DE DESARROLLO               Los alumnos desarrollan las actividades de acuerdo a las indicaciones del Profesor -          Solicitar el material requerido para realizar las actividades siguientes: -          Colocar cada uno de los tubos de descarga en la fuente de poder. -          Conectar la fuente de poder a la corriente eléctrica y oprimir el botón de encendido de la misma. -          Observar el color generado por cada uno de los tubos de descarga y completa la tabla de observaciones. -          Observar con el espectroscopio la luz solar y escribir los colores detectados. Elemento en el tubo de descarga Nombre y símbolo Numero de electrones Modelo Atómico Según Bohr Color  emitido al aplicar energía con la fuente de poder Colores de la luz solar 1 Agua (H2O) 8e Rosa tenue 2 Oxigeno 8 e Rosa 3 Argón (Ar) 18 e Rojo 4: NEON (Ne) 10 e 10 P 10 N ROJO 5: Helio (He) 2 e- Naranja 6 Hidrogeno   (H) 1e- 1p+ 1n Rosa Trasparente El Profesor solicita a cada equipo que de acuerdo a  los resultados obtenidos, comparen los colores emitidos por el Sol y vistos con el espectroscopio Los alumnos discuten y obtiene conclusiones.  FASE DE CIERRE     Al final de las presentaciones, se lleva a cabo una discusión extensa, en la clase, de lo  que se aprendió y aclaración de dudas por parte del Profesor.                     Actividad Extra clase: Los alumnos llevaran la información  a su casa y los que tengan computadora e internet, indagaran los temas de la siguiente sesión, de acuerdo al cronograma.  Se les sugiere que abran una carpeta  nombrada Física 2;  en la cual almacenaran su información, se les solicitara que los equipos formados, se comuniquen vía e-mail u otro  programa para comentar y analizar los resultados, para presentarla al Profesor en la siguiente clase en USB.                Los alumnos que tengan PC y Programas elaboraran su informe, empleando el                   programa  Word, para registrar los resultados.
Evaluación	Informe en Power Point de la actividad.     Contenido:     Resumen de la Actividad.