Repartido 2 | Cuantización
Carrera de Ingeniería Tecnológica
Física Electrónica
FÍSICA ELECTRÓNICA 6º año - Ingeniería Tecnológica Electrónica ITS – 2009 – UTU
REPARTIDO 2 (CUANTIZACIÓN. NATURALEZA CORPUSCULAR DE LA RADIACIÓN. INTERACCIONES RADIACIÓN-MATERIA) □ Ejemplos complementarios del teórico. (para ser resueltos y discutidos por el docente) ■ Ejercicios de práctica. (para los estudiantes) ◊ Problemas. (se recomienda que algunos sean resueltos en forma grupal junto con el docente) Problemas obligatorios. (para la carpeta de problemas)
1. □ (Efecto fotoel!ctrico" discrepancias de la teor#a clásica) Para un caso t#pico de fotoemisión del sodio ($%&.&' e) demuestre que la teor#a clásica predice que" a) *ma+ depende de la intensidad de la lu, incidente - b) *ma+ no depende de la frecuencia de la lu, incidente y c) ay un gran retraso temporal entre que se inicia a iluminar y el inicio de la fotocorriente. 2. □ (Efecto fotoel!ctrico" propiedades clásicas) En la cur/a de fotocorriente en función de la diferencia de potencial aplicado" a) 01u! significa la corriente de saturación2 b) 01u! representa la pendiente de la cur/a entre el potencial de frenado y la región de saturación2 c) 0Por qu! (y cómo) aumenta la corriente de saturación con la iluminación2 3. □ (Efecto fotoel!ctrico) Pilip 3enard determinó que los fotoelectrones liberados del ,inc por rayos ultra/ioletas pod#an ser detenidos utili,ando un /oltaje de 4.5 . Encuentre *ma+ y /ma+ para estos electrones. 4. □ (Efecto fotoel!ctrico seg6n Einstein y eficiencia cuántica) 7uponga que lu, con 8%&9: nm con una intensidad total de ;.: <=>cm& incide sobre una muestra limpia de ierro con un área de ;.: cm&. 3a muestra de ierro refleja el ?@ A de la lu, incidente y la eficiencia cuántica es del B A. 3a frecuencia de corte del ierro es f : % ;.; + ;:;9 C,. a) Determine la corriente producida por efecto fotoel!ctrico. b) alcule la función trabajo del ierro. c) alcule el potencial de frenado. 5. □ (Feneración de rayos G y Hremsstralung) 0ual es la frecuencia de corte de un tubo de rayos G operado con una diferencia de potencial de 4: I2 6. □ (Efecto ompton) Jayos G de longitud longitud de onda 8%& Å se acen incidir sobre un bloque de carbono. 3os rayos G dispersados se obser/an a un ángulo de 49K con respecto al a, incidente. a) alcule la longitud de onda 8L de los rayos G dispersados a este ángulo. b) Determine la fracción de energ#a perdida por el fotón en la colisión. c) 3os electrones en el carbono poseen energ#as de enlace del orden de algunos electron/olts. 0Por qu! en los cálculos de ompton se pueden considerar como libres2 Laboratorio Abierto de Física Electrónica !!!"#isica$its"edu"u%
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7. □ (Efecto ompton y espectro de energ#as) Mnalice porqu! el fenómeno ompton se obser/a fundamentalmente para fotones en el espectro de rayos G. Para esto determine el despla,amiento ompton para dispersión a ?:K desde grafito para los siguientes casos" a) Energ#as altas" rayos gama emitidos por el cobalto con 8 % ;.:@ pm b) Energ#as medias" rayos G de molibdeno con 8 % :.:B;& nm c) Energ#as bajas" lu, /erde de una lámpara de mercurio con 8 % 94@.; nm 8. ■ (uanti,ación de la radiación) Nna estación de radio funciona con una frecuencia de ;:5B OC, con una potencia de salida de &:: I=. alcular el n6mero de fotones por segundo emitidos por la estación. 9. ■ (Efecto fotoel!ctrico" discrepancias de la teor#a clásica) Nna superficie de potasio se encuentra a B9 cm de distancia de una lámpara incandescente de ;:: = (potencia consumida). 7uponga que emite solo el 9A de la potencia consumida. onsiderando cada átomo de potasio como un disco circular de ; Å de diámetro calcular el tiempo requerido por cada átomo para absorber una energ#a igual a su función de trabajo de & e de acuerdo con la interpretación ondulatoria de la lu,. 10. ■ (Efecto fotoel!ctrico) 3a longitud de onda umbral para el efecto fotoel!ctrico en la plata es &@& nm. a) Callar la función trabajo para la plata. b) Callar el potencial de frenado si la radiación incidente tiene una longitud de onda de &:: nm. 11. ■ (uanti,ación de la radiación) En condiciones óptimas el ojo percibe un destello si apro+imadamente llegan alrededor de @: fotones a la córnea. 0M cuánta energ#a corresponde si la longitud de onda es 99: nm2 12. ■ (Efecto fotoel!ctrico) 7i se ilumina una superficie de potasio con lu, de 5:: nm de longitud de onda los electrones emitidos tienen una energ#a cin!tica má+ima de ;?; eV . a) 0uál es la energ#a de los fotones incidentes2 b) 0uanto /ale la función de trabajo del potasio2 c) uál deber#a ser el potencial de frenando si la longitud de onda de la lu, incidente es 59: nm2 d) Frafique potencial de frenado en función de la longitud de onda incidente. 13. ■ (Efecto fotoel!ctrico y eficiencia cuántica) uando un material se ilumina con lu, de 5::: Å la má+ima energ#a de los electrones emitidos es ;& e. a) Callar la función de trabajo. & & b) 0uál es la tasa de emisión de electrones por m si la lu, tiene una intensidad de 5: =>m y su eficiencia es del 9:A2 14. ■ (Efecto fotoel!ctrico) 7obre una superficie de un metal incide lu, de &:: nm. En este metal se requiere 4& e para e+traer electrones. a) 0uál es la energ#a cin!tica del fotoelectrón más rápido2 0y del más lento2 b) Calle el potencial de frenado y la longitud de onda umbral. 15. ■ (Efecto fotoel!ctrico) -ncide radiación sobre una superficie de tal manera que las energ#as de los electrones emitidos /an desde cero asta :&9 e. a) 7i la longitud de onda incidente es de 59: nm alle aquel potencial que frena los electrones bosquejando un gráfico intensidad de corriente /s. Potencial. b) -ndique una longitud de onda que no produ,ca el efecto justificando adecuadamente. Laboratorio Abierto de Física Electrónica !!!"#isica$its"edu"u%
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16. ■ (Efecto ompton) Nn fotón de rayos G de :5 Oe reali,a un coque frontal con un electrón inicialmente en reposo. a) Calle la /elocidad de retroceso del electrón utili,ando la conser/ación de la energ#a y el momento b) erifique que la /elocidad concuerda con el /alor obtenido a partir de la ecuación de ompton. 17. ■ (Efecto ompton) Nn fotón de rayos G de frecuencia inicial de 3 x 10 C, es difundido por un electrón con un ángulo de difusión de ?:K. Calle" a) 3a nue/a frecuencia. b) El ángulo de difusión del electrón (supuesto en reposo y no ligado). c) 3a energ#a adquirida por !ste. d) 7u /elocidad. 19
18. ◊ (Efecto fotoel!ctrico) 7e ilumina una superficie de potasio con lu, ultra/ioleta de longitud de onda &9:: Å. 3a función de trabajo del potasio /ale &&; e. a) 0uál es la má+ima energ#a cin!tica de los electrones emitidos2 b) Jealice un gráfico de energ#a cin!tica má+ima en función de la frecuencia de los fotones. & c) 7uponiendo que la lu, ultra/ioleta tiene una intensidad & =>m . alcule el n6mero de electrones emitidos por unidad de área. 19. ◊ (Efecto fotoel!ctrico) 3a función del trabajo del cadmio es 4:B e. a) Determine la longitud de onda umbral para la emisión de fotoelectrones. b) 0uál debe ser la longitud de onda de la radiación incidente si los fotoelectrones son e+pulsados con una /elocidad de v % :.; c. c) Frafique /elocidad má+ima de los fotoelectrones en función de la frecuencia de los fotones (/:.;c). d) Qdem para los fotoelectrones e+pulsados con / % :'@@ c. e) 0uál es la energ#a de los fotones de este 6ltimo caso2 20. (Efecto ompton) En un e+perimento de ompton un electrón alcan,a una energ#a de :; Oe cuando un a, de rayos G de :9 Oe incide sobre !l. a) alcular la longitud de onda del fotón dispersado si el electrón estaba inicialmente en reposo. b) Callar el ángulo que forma el fotón dispersado con la dirección incidente. 21. ◊ (Efecto ompton) a) Oostrar que la energ#a de la radiación dispersada a ?:K por efecto ompton no puede e+ceder la energ#a de reposo del electrón. b) alcular la energ#a del fotón dispersado a ?:K si la energ#a del fotón incidente es de 5 Oe. alcular la energ#a cin!tica del electrón que retrocede. 22. ◊ (reación de pares) Nn fotón coca con un n6cleo pesado y se produce un par muón R antimuón. Determinar la longitud de onda m#nima que ten#a el fotón. (El muón es una particula similar al electrón pero más pesada" su energ#a en reposo es de ;:9B Oe) 23. ◊ (Mniquilación de antipart#culas) 7i un protón en reposo se desintegra en un coque contra su antipart#cula que /iajaba a :'c 0cuál es la frecuencia energ#a y longitud de onda de los fotones emitidos2.
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