UNIDAD 6: FÍSICA Y TECNOLOGÍA CONTEMPORÁNEAS (30 horas)

Espectros de emisión y absorción de gases

Desde el siglo XVII sabemos, con los trabajos de Newton y Huygens, que la radiación luminosa, la luz, se desvía al atravesar un medio de densidad distinta, como el agua. Sufre una dispersión. Resulta que sus componentes se desvían con diferente ángulo, por lo que al salir del medio que atraviesan, salen las componentes separadas por distintos ángulos y se pueden identificar visualmente por los diferentes colores que muestran.

Así, cuando la luz blanca que procede del sol atraviesa gotas de lluvia, esta se desvía, y sus componentes, que son las de luz de color rojo, naranja, amarillo, verde, azul, añil y violeta, se separan formando el arco iris. Esto ocurre debido a que las componentes de la luz blanca del Sol, en desplazamiento general de 300000 kms por segundo, tienen diferentes longitudes de onda.

Espectros de emisión y espectros de absorción:

Cuando un elemento irradia energía no lo hace en todas las longitudes de onda. Solamente en aquellas de las que está “provisto”. Esas longitudes de onda sirven para caracterizar, por tanto, a cada elemento. También ocurre que cuando un elemento recibe energía no absorbe todas las longitudes de onda, sino solo aquellas de las que es capaz de “proveerse”. Coinciden por tanto, las bandas del espectro en las que emite radiación con los huecos o líneas negras del espectro de absorción de la radiación, como si un espectro fuera el negativo del otro.

Se acostumbra a llamar “cuerpo negro” al cuerpo ideal que absorbe todas las longitudes de onda y, por consiguiente, emite radiación también a todas las longitudes de onda. Sería, en definitiva, un emisor perfecto de radiación. A cada temperatura emitiría una cantidad definida de energía por cada longitud de onda.

El fracaso en el intento de explicar la radiación del cuerpo negro desde los conceptos de la física condujo al descubrimiento de Planck de que la emisión de energía es un múltiplo de la frecuencia de a radiación:

E = h. u

02.1. Los espectros de emisión:

Todos los cuerpos emiten energía a ciertas temperaturas. El espectro de la radiación energética emitida es su espectro de emisión. Todos los cuerpos no tienen el mismo espectro de emisión. Esto es, hay cuerpos que emiten en el infrarrojo, por ejemplo, y otros cuerpos no.

En realidad, cada uno de los elementos químicos tiene su propio espectro de emisión. Y esto sirve para identificarlo y conocer de su existencia en objetos lejanos, inaccesibles para nosotros, como son las estrellas.

Así, el sodio tiene su característico espectro de emisión, lo mismo que el calcio, o que el hidrógeno, etc..

Algunos ejemplos de espectros de emisión:

Diremos que el hidrógeno emite, dentro del visible, en una cierta longitud de onda del naranja (6560 A), en otra del azul (4858 A), otra del añil (4337 A) y otra del violeta (4098 A).

El sodio (Na) emite en el amarillo (bandas de longitudes de onda de 5896 A y 5890 A).

El gas noble Neón (Ne) emite en el espectro visible en las longitudes de onda de 6402 A (naranja), 5852 A (amarillo) y 5400 A (verde).

El Calcio emite en la longitud de onda del espectro visible 6162 A (amarillo-naranja), 4454 A y 4435 (color añil) y 4226 A (violeta).

El Mercurio (Hg) emite radiación en dos longitudes de onda del visible: 5460 A (color verde) y 4358 A (color añil).

02.2. Los espectros de absorción:

Y también los cuerpos absorben radiación emitida desde otros cuerpos, eliminando del espectro de radiación que reciben aquellas bandas absorbidas, que quedan de color negro. Son lo que se llaman “rayas negras” o simplemente “rayas” del espectro.

También ocurre con la absorción, que unos cuerpos absorben la radiación de unas determinadas longitudes de onda y no absorben la radiación de otras longitudes de onda, por lo que cada cuerpo, cada elemento químico en realidad, tiene su propio espectro de absorción, correspondiéndose con su espectro de emisión, cual si fuera el negativo con el positivo de una película.

Algunos ejemplos de espectros de absorción:

El hidrógeno, pues, absorbe radiación en las mismas bandas en las que la emite, es decir, absorbe en una cierta longitud de onda del naranja, en otra longitud de onda del azul, en otra del añil y en otra del violeta.

También, por consiguiente, el sodio (Na) absorbe en las mismas bandas de longitud de onda en las que emite.

El gas Neón absorbe, naturalmente, las mismas bandas que figuran en su espectro de emisión.

El calcio (Ca) absorbe también las líneas que figuran en su espectro de emisión.

Cuantización de la energia y efecto fotoelectrico

La emisión de electrones por metales iluminados con luz de determinada frecuencia fue observada a finales del siglo XIX por Hertz y Hallwachs. El proceso por el cual se liberan electrones de un material por la acción de la radiación se denomina efecto fotoeléctrico o emisión fotoeléctrica. Sus características esenciales son:

• Para cada sustancia hay una frecuencia mínima o umbral de la radiación electromagnética por debajo de la cual no se producen fotoelectrones por más intensa que sea la radiación.

• La emisión electrónica aumenta cuando se incrementa la intensidad de la radiación que incide sobre la superficie del metal, ya que hay más energía disponible para liberar electrones.

En los metales hay electrones que se mueven más o menos libremente a través de la red cristalina, estos electrones no escapan del metal a temperaturas normales por que no tienen energía suficiente. Calentando el metal es una manera de aumentar su energía. Los electrones "evaporados" se denominan termoelectrones, este es el tipo de emisión que hay en las válvulas electrónicas. Vamos a ver que también se pueden liberar electrones (fotoelectrones) mediante la absorción por el metal de la energía de radiación electromagnética.
El objetivo de la práctica simulada es la determinación de la energía de arranque de los electrones de un metal, y el valor de la constante de Planck. Para ello, disponemos de un conjunto de lámparas que emiten luz de distintas frecuencias y placas de distintos metales que van a ser iluminadas por la luz emitida por esas lámparas especiales.

bibliografia
http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/cuantica/fotoelectrico/fotoelectrico.htm

Unidad 6 FISICA Y TECNOLOGIA CONTEMPORANEAS

CRISIS DE LA FISICA CLÁSICA Y ORIGEN DE LA FISICA CUÁNTICA

La Teoría Cuántica es uno de los pilares fundamentales de la Física actual. Recoge un conjunto de nuevas ideas introducidas a lo largo del primer tercio del siglo XX para dar explicación a procesos cuya comprensión se hallaba en conflicto con las concepciones físicas vigentes. Su marco de aplicación se limita, casi exclusivamente, a los niveles atómico, subatómico y nuclear, donde resulta totalmente imprescindible. Pero también lo es en otros ámbitos, como la electrónica, en la física de nuevos materiales, en la física de altas energías, en el diseño de instrumentación médica, en la criptografía y la computación cuánticas, y en la Cosmología teórica del Universo temprano. La Teoría Cuántica es una teoría netamente probabilista: describe la probabilidad de que un suceso dado acontezca en un momento determinado, sin especificar cuándo ocurrirá. A diferencia de lo que ocurre en la Física Clásica, en la Teoría Cuántica la probabilidad posee un valor objetivo esencial, y no se halla supeditada al estado de conocimiento del sujeto, sino que, en cierto modo, lo determina.

bibliografia:

Por Mario Toboso.

http://www.tendencias21.net/La-Teoria-Cuantica-una-aproximacion-al-universo-probable_a992.html

Recapitulación 10

RECAPITULACION 10 Espectro electromagnetico

EQUIPO	ESPECTRO
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Semana 10 martes

EQUIPO	5.22 Energía de ondas electromagnéticas	5.22    Importancia tecnológica de las ondas electromagnéticas.	EJEMPLOS(industria, comunicaciones, medicina, astronomía)  ¿Cómo FUNCIONAN?
1	Son aquellas ondas que no necesitan un medio material para propagarse. Incluyen, entre otras, la luz visible y las ondas de radio, televisión y telefonía. Todas se propagan en el vacío a una velocidad constante, muy alta (300 0000 km/s) pero no infinita. Gracias a ello podemos observar la luz emitida por una estrella lejana hace tanto tiempo que quizás esa estrella haya desaparecido ya. O enterarnos de un suceso que ocurre a miles de kilómetros prácticamente en el instante de producirse. Las ondas electromagnéticas se propagan mediante una oscilación de campos eléctricos y magnéticos. Los campos electromagnéticos al "excitar" los electrones de nuestra retina, nos comunican con el exterior y permiten que nuestro cerebro "construya" el escenario del mundo en que estamos. Las O.E.M. son también soporte de las telecomunicaciones y el funcionamiento complejo del mundo actual.	Son aquellas ondas que no necesitan un medio material para propagarse. Incluyen, entre otras, la luz visible y las ondas de radio, televisión y telefonía. Todas se propagan en el vacío a una velocidad constante, muy alta (300 0000 km/s) pero no infinita. Gracias a ello podemos observar la luz emitida por una estrella lejana hace tanto tiempo que quizás esa estrella haya desaparecido ya. O enterarnos de un suceso que ocurre e a miles de kilómetros prácticamente en el instante de producirse. Las ondas electromagnéticas se propagan mediante una oscilación de campos eléctricos y magnéticos. Los campos electromagnéticos al "excitar" los electrones de nuestra retina, nos comunican con el exterior y permiten que nuestro cerebro "construya" el escenario del mundo en que estamos. Las O.E.M. son también soporte de las telecomunicaciones y el funcionamiento complejo del mundo actual.	TELEVISION El principio de funcionamiento comprende tres etapas: 1.      Transformación de los matices de color («colores») y de su grado de saturación («intensidades») en señales eléctricas (corrientes o tensiones); 2.      Transmisión eléctrica de las señales por conductores o sin ellos, hasta el aparato receptor; 3.      Re transformación de las señales en una imagen en color.
2	La intensidad o cantidad de energía por unidad de área y unidad de tiempo que transmite una onda electromagnética es igual a: S = 1 2 c_0E2 0 La potencia de una onda electromagnética es igual a la intensidad por el área de la sección, trasversal a la onda. La energía transmitida en un cierto intervalo temporal es igual a la potencia por el tiempo.	Ondas radio: El uso más habitual de las ondas de radio con efecto terapéutico se lleva a cabo mediante el uso de corrientes alternas de frecuencia superior a los 100 KHz MICROONDAS INFRAROJO RAYOS X RAYOS GAMMA	Rayos Gamma: Funcionamiento: los rayos gamma constituyen un tipo de radiación ionizante capaz de penetrar en la materia más profundamente que la radiación alfa o beta. Dada su alta energía pueden causar grave daño al núcleo de las células, por lo que son usados para esterilizar equipos médicos y alimentos. Los rayos gamma también son utilizados en la radioterapia.
3	La naturaleza de las ondas electromagnéticas consiste en la propiedad que tiene el campo eléctrico y magnético de generarse mutuamente cuando cambian en el tiempo.   Las ondas electromagnéticas viajan en el vacío a la velocidad de la luz y transportan energía a través del espacio. La cantidad de energía transportada por una onda electromagnética depende de su frecuencia (longitud de onda): entre mayor su frecuencia mayor es la energía: W = h f, Donde W es la energía, h es una constante (la constante de Plank) y f es la frecuencia.	Las señales de radio y televisión Ondas de radio provenientes de la Galaxia Microondas generadas en los hornos microondas Radiación Infrarroja provenientes de cuerpos a temperatura ambiente La luz La radiación Ultravioleta proveniente del Sol, de la cual la crema anti solar nos protege la piel Los Rayos X usados para tomar radiografías del cuerpo humano      8.  La radiación Gama producida por núcleos radioactivos	Microondas generadas en los hornos microondas Lo que en realidad hace la radiación 2.4GHz usada en los microondas es la excitación del enlace O-H. Este enlace está presente principalmente en el agua, pero también en muchos otros compuestos. La facilidad para excitar este enlace es mayor si el H está relativamente "libre" sin puentes de Hidrogeno que lo "aten", esto sucede en el hielo y también en algunos hidrocarburos. Al referirse a excitación del enlace O-H no quiere decir que la molécula gire, simplemente al absorber la energía de la microonda el enlace pasa del estado vibraciones-rotacional fundamental a uno superior "excitado". Este nuevo estado contribuye a elevar la energía traslacional media de las moléculas (medida microscópica) y por tanto su temperatura (medida macroscópica)
4	La radiación electromagnética es una combinación de campos eléctricos y magnéticos oscilantes, que se propagan a través del espacio transportando energía de un lugar a otro.[1] A diferencia de otros tipos de onda, como el sonido, que necesitan un medio material para propagarse, la radiación electromagnética se puede propagar en el vacío. En el siglo XIX se pensaba que existía una sustancia indetectable, llamada éter, que ocupaba el vacío y servía de medio de propagación de las ondas electromagnéticas. El estudio teórico de la radiación electromagnética se denomina electrodinámica y es un subcampo del electromagnetismo.	Importancia tecnológica de las ondas electromagnéticas Las señales de radio y televisión Ondas de radio provenientes de la Galaxia Microondas generadas en los hornos microondas Radiación Infrarroja provenientes de cuerpos a temperatura ambiente La luz La radiación Ultravioleta proveniente del Sol, de la cual la crema anti solar nos protege la piel Los Rayos X usados para tomar radiografías del cuerpo humano 8.  La radiación Gama producida por núcleos radioactivos	La luz La luz visible es una radiación comprendida dentro de una porción o sección del espectro electromagnético, que permite a los seres vivos ver los objetos que le rodean. Desde el punto de vista de la física, la luz se manifiesta como: Radiaciones de ondas electromagnéticas de diferentes frecuencias y longitudes. Partículas denominadas fotones.
5	Las intensidad instantánea que posee una onda electromagnética, es decir, la energía que por unidad de tiempo atraviesa la unidad de superficie, colocada perpendicularmente a la dirección de propagación es: I=c· eoE2. La intensidad media que se propaga es justo la mitad de la expresión anterior.	- Sistemas de comunicaciones, internet, señales satelitales y todo eso.	Radio: te acerca al mundo entero, gracias a un maravilloso universo de ondas, electricidad e inventos científicos. Mediante especializados equipos las ondas electromagnéticas se emiten, luego se transmiten, hasta que finalmente son recibidas por nosotros.
6	Son aquellas ondas que no necesitan un medio material para propagarse. Incluyen, entre otras, la luz visible y las ondas de radio, televisión y telefonía. Las O.E.M. son también soporte de las telecomunicaciones y el funcionamiento complejo del mundo actual.	Por la importancia de la transferencia de energía electromagnética en el caso de la propagación de las ondas, es conveniente expresar la relación de la energía de las ondas incidente y reflejada por la relación llamada coeficiente de reflexión, el cual se define como la raíz de la relación de potencias que se encuentra dividiendo la energía reflejada por segundo que deja una superficie reflejante, entre la energía por segundo incidente a la misma superficie. Si ambas energías son iguales, el coeficiente de reflexión vale 1 y existe una reflexión perfecta.	·         Rayos X: Son producidos por electrones que saltan de órbitas internas en átomos pesados. Sus frecuencias van de 1'1·1017Hz a 1,1·1019Hz. Son peligrosos para la vida: una exposición prolongada produce cáncer. ·         Rayos gamma: comprenden frecuencias mayores de 1·1019Hz. Se origina en los procesos de estabilización en el núcleo del átomo después de emisiones radiactivas. Su radiación es muy peligrosa para los seres vivos.

Semana 10 martes

EQUIPO	5.22 Energía de ondas electromagnéticas	5.22    Importancia tecnológica de las ondas electromagnéticas.	EJEMPLOS(industria, comunicaciones, medicina, astronomía)  ¿Cómo FUNCIONAN?
1	Son aquellas ondas que no necesitan un medio material para propagarse. Incluyen, entre otras, la luz visible y las ondas de radio, televisión y telefonía. Todas se propagan en el vacío a una velocidad constante, muy alta (300 0000 km/s) pero no infinita. Gracias a ello podemos observar la luz emitida por una estrella lejana hace tanto tiempo que quizás esa estrella haya desaparecido ya. O enterarnos de un suceso que ocurre a miles de kilómetros prácticamente en el instante de producirse. Las ondas electromagnéticas se propagan mediante una oscilación de campos eléctricos y magnéticos. Los campos electromagnéticos al "excitar" los electrones de nuestra retina, nos comunican con el exterior y permiten que nuestro cerebro "construya" el escenario del mundo en que estamos. Las O.E.M. son también soporte de las telecomunicaciones y el funcionamiento complejo del mundo actual.	Son aquellas ondas que no necesitan un medio material para propagarse. Incluyen, entre otras, la luz visible y las ondas de radio, televisión y telefonía. Todas se propagan en el vacío a una velocidad constante, muy alta (300 0000 km/s) pero no infinita. Gracias a ello podemos observar la luz emitida por una estrella lejana hace tanto tiempo que quizás esa estrella haya desaparecido ya. O enterarnos de un suceso que ocurre e a miles de kilómetros prácticamente en el instante de producirse. Las ondas electromagnéticas se propagan mediante una oscilación de campos eléctricos y magnéticos. Los campos electromagnéticos al "excitar" los electrones de nuestra retina, nos comunican con el exterior y permiten que nuestro cerebro "construya" el escenario del mundo en que estamos. Las O.E.M. son también soporte de las telecomunicaciones y el funcionamiento complejo del mundo actual.	TELEVISION El principio de funcionamiento comprende tres etapas: 1.      Transformación de los matices de color («colores») y de su grado de saturación («intensidades») en señales eléctricas (corrientes o tensiones); 2.      Transmisión eléctrica de las señales por conductores o sin ellos, hasta el aparato receptor; 3.      Re transformación de las señales en una imagen en color.
2	La intensidad o cantidad de energía por unidad de área y unidad de tiempo que transmite una onda electromagnética es igual a: S = 1 2 c_0E2 0 La potencia de una onda electromagnética es igual a la intensidad por el área de la sección, trasversal a la onda. La energía transmitida en un cierto intervalo temporal es igual a la potencia por el tiempo.	Ondas radio: El uso más habitual de las ondas de radio con efecto terapéutico se lleva a cabo mediante el uso de corrientes alternas de frecuencia superior a los 100 KHz MICROONDAS INFRAROJO RAYOS X RAYOS GAMMA	Rayos Gamma: Funcionamiento: los rayos gamma constituyen un tipo de radiación ionizante capaz de penetrar en la materia más profundamente que la radiación alfa o beta. Dada su alta energía pueden causar grave daño al núcleo de las células, por lo que son usados para esterilizar equipos médicos y alimentos. Los rayos gamma también son utilizados en la radioterapia.
3	La naturaleza de las ondas electromagnéticas consiste en la propiedad que tiene el campo eléctrico y magnético de generarse mutuamente cuando cambian en el tiempo.   Las ondas electromagnéticas viajan en el vacío a la velocidad de la luz y transportan energía a través del espacio. La cantidad de energía transportada por una onda electromagnética depende de su frecuencia (longitud de onda): entre mayor su frecuencia mayor es la energía: W = h f, Donde W es la energía, h es una constante (la constante de Plank) y f es la frecuencia.	Las señales de radio y televisión Ondas de radio provenientes de la Galaxia Microondas generadas en los hornos microondas Radiación Infrarroja provenientes de cuerpos a temperatura ambiente La luz La radiación Ultravioleta proveniente del Sol, de la cual la crema anti solar nos protege la piel Los Rayos X usados para tomar radiografías del cuerpo humano      8.  La radiación Gama producida por núcleos radioactivos	Microondas generadas en los hornos microondas Lo que en realidad hace la radiación 2.4GHz usada en los microondas es la excitación del enlace O-H. Este enlace está presente principalmente en el agua, pero también en muchos otros compuestos. La facilidad para excitar este enlace es mayor si el H está relativamente "libre" sin puentes de Hidrogeno que lo "aten", esto sucede en el hielo y también en algunos hidrocarburos. Al referirse a excitación del enlace O-H no quiere decir que la molécula gire, simplemente al absorber la energía de la microonda el enlace pasa del estado vibraciones-rotacional fundamental a uno superior "excitado". Este nuevo estado contribuye a elevar la energía traslacional media de las moléculas (medida microscópica) y por tanto su temperatura (medida macroscópica)
4	La radiación electromagnética es una combinación de campos eléctricos y magnéticos oscilantes, que se propagan a través del espacio transportando energía de un lugar a otro.[1] A diferencia de otros tipos de onda, como el sonido, que necesitan un medio material para propagarse, la radiación electromagnética se puede propagar en el vacío. En el siglo XIX se pensaba que existía una sustancia indetectable, llamada éter, que ocupaba el vacío y servía de medio de propagación de las ondas electromagnéticas. El estudio teórico de la radiación electromagnética se denomina electrodinámica y es un subcampo del electromagnetismo.	Importancia tecnológica de las ondas electromagnéticas Las señales de radio y televisión Ondas de radio provenientes de la Galaxia Microondas generadas en los hornos microondas Radiación Infrarroja provenientes de cuerpos a temperatura ambiente La luz La radiación Ultravioleta proveniente del Sol, de la cual la crema anti solar nos protege la piel Los Rayos X usados para tomar radiografías del cuerpo humano 8.  La radiación Gama producida por núcleos radioactivos	La luz La luz visible es una radiación comprendida dentro de una porción o sección del espectro electromagnético, que permite a los seres vivos ver los objetos que le rodean. Desde el punto de vista de la física, la luz se manifiesta como: Radiaciones de ondas electromagnéticas de diferentes frecuencias y longitudes. Partículas denominadas fotones.
5	Las intensidad instantánea que posee una onda electromagnética, es decir, la energía que por unidad de tiempo atraviesa la unidad de superficie, colocada perpendicularmente a la dirección de propagación es: I=c· eoE2. La intensidad media que se propaga es justo la mitad de la expresión anterior.	- Sistemas de comunicaciones, internet, señales satelitales y todo eso.	Radio: te acerca al mundo entero, gracias a un maravilloso universo de ondas, electricidad e inventos científicos. Mediante especializados equipos las ondas electromagnéticas se emiten, luego se transmiten, hasta que finalmente son recibidas por nosotros.
6	Son aquellas ondas que no necesitan un medio material para propagarse. Incluyen, entre otras, la luz visible y las ondas de radio, televisión y telefonía. Las O.E.M. son también soporte de las telecomunicaciones y el funcionamiento complejo del mundo actual.	Por la importancia de la transferencia de energía electromagnética en el caso de la propagación de las ondas, es conveniente expresar la relación de la energía de las ondas incidente y reflejada por la relación llamada coeficiente de reflexión, el cual se define como la raíz de la relación de potencias que se encuentra dividiendo la energía reflejada por segundo que deja una superficie reflejante, entre la energía por segundo incidente a la misma superficie. Si ambas energías son iguales, el coeficiente de reflexión vale 1 y existe una reflexión perfecta.	·         Rayos X: Son producidos por electrones que saltan de órbitas internas en átomos pesados. Sus frecuencias van de 1'1·1017Hz a 1,1·1019Hz. Son peligrosos para la vida: una exposición prolongada produce cáncer. ·         Rayos gamma: comprenden frecuencias mayores de 1·1019Hz. Se origina en los procesos de estabilización en el núcleo del átomo después de emisiones radiactivas. Su radiación es muy peligrosa para los seres vivos.